Міністерство освіти і науки України

Донбаська державна машинобудівна академія

ПІДЙОМНО-ТРАНСПОРТНІ МАШИНИ

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до практичних занять та самостійної роботи

(для студентів усіх форм навчання спеціальності 6.090206)

Краматорськ 2008

УДК 621.86

«Підйомно-транспортні машини» Методичні вказівки до практичних занять і самостійної роботи (для студентів усіх форм навчання спеціальності 6.090206). / Укл.: Я.Є. Пиц. – Краматорськ: ДДМА, 2008. – 58 с.

Наведено короткі теоретичні відомості про конструкції вантажопідйомних барабанів, методика і порядок розрахунків на міцність основних деталей вузла барабана та деталей механізму підйому вантажу, варіанти завдань для виконання роботи. Наведено приклади виконання розрахунків.

Укладач: Я.Є. Пиц, доц..,

Відп. за випуск Л.Л. Роганов, проф.

ЗМІСТ

Загальні положення		4
1	Розрахунок деталей підвіски для гака	11
1.1	Вибір діаметра каната	11
1.2	Вибір та перевірочний розрахунок гака	12
1.3	Вибір гайки гака	14
1.4	Вибір упорного підшипника	14
1.5	Розрахунок траверси	15
2	Розрахунок обичайки барабана	16
2.1	Розрахунок геометричних розмірів барабана	16
2.2	Перевірочний розрахунок стінки барабана	20
3	Розрахунок кріплення каната до барабана	22
4	Розрахунок осі барабана	24
4.1	Визначення опорних реакцій і згинальних моментів	25
4.2	Розрахунок необхідного діаметра осі барабана	25
4.3	Розрахунок запасу циклічної міцності осі	26
5	Вибір підшипників осі барабана	27
5.1	Розрахунок еквівалентних динамічних навантажень і довговічності підшипника	28
6	Приклад розрахунку деталей вузла підйому вантажу	29
6.1	Розрахунок деталей підвіски для гака	29
6.2	Розрахунок вантажопідйомного барабана	35
Список рекомендованої літератури		43
Додаток А. Варіанти завдань для виконання самостійної роботи		44
Додаток Б. Довідкові данні		46

Загальні відомості

Практична робота з розрахунку вузлів кранових механізмів спрямована на придбання практичних навичок розрахунку деталей поліспастів, деталей вантажопідйомного барабана та вивчення їх конструктивних особливостей.

Поліспаст – система з рухомих і нерухомих блоків, з'єднаних гнучким зв'язком (канатом), яка використовується для збільшення сили (силові поліспасти, рис.1) або швидкості (швидкісні поліспасти, рис.2).

Найбільше застосування у вантажопідйомних машинах одержали силові поліспасти, які дозволяють зменшити натяг каната, що навивається на барабан, зменшити момент від ваги вантажу на барабані і передаточне число редуктора.

Рисунок 1 – Схеми силових поліспастів

Поліспасти можуть бути одинарними (див. рис.1,а) і здвоєними (див. рис.1,б, у, г). В одинарних поліспастах один кінець барабана кріпиться на барабані, а другий кінець закріплюється при парній кратності на нерухомому елементі конструкції, а при непарній кратності – на гаковій обоймі.

В одинарних поліспастах під час намотування або змотування каната, внаслідок переміщення каната уздовж осі барабана, створюється нерівномірне навантаження опор барабана. Крім того, якщо в одинарному поліспасті немає обвідних блоків і канат із блоку гакової обойми безпосередньо переходить на барабан, то при переміщенні каната уздовж осі барабана відбувається переміщення вантажу не тільки по вертикалі, але і по горизонталі. Здвоєні поліспасти, що складаються з двох одинарних поліспастів, забезпечують строго вертикальний підйом вантажу і сталість навантажень на опори барабана.

Для забезпечення нормального положення гакової підвіски при можливій нерівномірній витяжці каната обох поліспастів застосовують зрівняльний балансир (див. рис.1,г), або, що частіше, зрівняльний блок (див. рис.1, б, в).

При парній кратності зрівняльний блок розташовується між нерухомих блоків, а при непарної – між рухомими блоками гакової підвіски.

Кратністю поліспаста називають відношення числа гілок, на яких утримується вантаж, до числа гілок, що навиваються на барабан.

Рисунок 2 – Схема швидкісного поліспаста

Натяг у канаті, що навивається на барабан, визначається наступною залежністю:

;

де G_ГР – вага вантажу;

а – число гілок каната, що навиваються на барабан;

 – коефіцієнт корисної дії блоку ( = 0,97–0,98 для підшипників кочення,  = 0,95–0,96 для підшипників ковзання);

m – кратність поліспаста.

Розрахункове розривне зусилля каната:

S_p   S_max · n_k,

де n_k – коефіцієнт запасу міцності.

Гаки - універсальні вантажозахватні пристрої, що знаходять найбільше застосування у вантажопідйомних машинах. Вантаж прикріплюється до гака за допомогою канатних або ланцюгових рядків чи за допомогою спеціальних захоплень, що підвішуються на гак.

Розміри гаків стандартизовані і наведені в Держстандарті. Форма гаків обрана такою, щоб забезпечити їхні мінімальні розміри і вагу при достатній міцності, однакової у всіх перетинах. Вантажні гаки виготовляють куванням або штампуванням з мало вуглецевої стали. Застосування багато вуглецевої сталі і чавуна неприпустимо через небезпеку зламу гака при тендітній структурі металу. Механічній обробці піддаються тільки хвостовик гака, на якому знаходиться різьблення: метрична - при вантажопідйомності до 10т і трапецієподібна - при великій вантажопідйомності. За допомогою цього різьблення гак закріплюється в траверсі гакової підвіски. Гак випробують на міцність під вантажем, що перевищує його номінальну вантажопідйомність на 25%, витримуючи не менш 10 хвилин.

Для кранів великої вантажопідйомності застосовують пластинчасті однорогі і дворогі гаки. Ці гаки збирають з окремих пластин, вирізаних з мало вуглецевої листової сталі. Пластини з'єднані між собою заклепками. Для рівномірного розподілу навантаження між пластинами в зівах гака поміщають вкладиші з м'якої сталі. Пластинчасті гаки легше кутих і не вимагають для виготовлення могутнього пресового устаткування. Крім того, при руйнуванні однієї з пластин її можна замінити. Товщина пластини гака складає не менш 20мм.

При застосуванні стандартного гака, що відповідає номінальної вантажопідйомності, розрахунок перетинів гака робити не потрібно. Якщо гак відрізняється по своїх розмірах і формі від стандартного, то необхідно виконувати його розрахунок за схемою розрахунку бруса великої кривизни.

В однорогому гаку найбільш небезпечними перетином є (рис.3):

• А–А, що працює на вигин і розтягування;

• Б–Б що працює на вигин і зріз при підвіску вантажу на двох похилих стропах під кутом 45⁰;

• В – В, що працює на розтягування.

Для перетину А–А G_н = G_ГР, а G_к = 0, отже, перетин випробує напруги розтягування і вигину.

При наближеному розрахунку, без обліку кривизни, найбільші сумарні напруги в крайніх крапках 1 і 2 перетини А–А рівні:

де і - напруги вигину відповідно в крапках 1 і 2 від М_из;

W₁ і W₂ – моменти опору перетину вигинові, що відповідають крапкам 1 і 2:

F – площа перетину, який розглянуто;

D – діаметр зіва гака.

Для кращого використання механічних властивостей матеріалу форму перетину гака варто підбирати так, щоб сумарні напруги в крапках 1 і 2 були однаковими по абсолютній величині. Симетричний перетин не може задовольнити цій вимозі, тому що в цьому випадку ₁ завжди більше ₂, отже, їхнє вирівнювання можна здійснити тільки за рахунок відповідного добору величин W₁ і W₂.

Рисунок 3 – Розрахункова схема для гаку з одним рогом

Найбільш зручним для кування перетином, прийнятим державним стандартом, є перетин, що має форму трапеції з округленими кутами. У більшості випадків геометричне співвідношення перетинів гаків приймається:

h = D; b = 3,4 · b₁, l₁ = 0,42 · h; l₂ = 0,58 · h.

При розрахунку гака щодо границі текучості, згідно [1] приймають запас міцності (табл. Б1, Додаток Б):

• для режимів роботи 2М, 3М та 4М (Л та С) [n] = 2;

• для режимів роботи 5М та 6М (Т та ВТ) [n] = 2,25.

При проведенні перевірочного розрахунку для визначення напруги в довільному перетині гака (наприклад, у перетині Д–Д) у центрі ваги цього перетину прикладаються дві протилежно спрямовані сили, рівній і рівнобіжні заданій силі G. Отримана система сил складається з пари сил, що створює згинальний момент у перетині Д–Д: М_из = G_x · X (де Х – плече пари сил), і сили G, що, будучи розкладеною на два взаємно перпендикулярних напрямки, дає нормальну силу G_н і дотичну G_к. Найбільш небезпечним перетином гака є перетин А–А, тому що для цього перетину плече Х є найбільшим і, отже, згинальний момент теж є максимальним:

У дворогому гаку перевіряються відповідні перетини на вигин і зріз по розрахунковому зусиллю, що діє на кожен ріг гака:

,

де коефіцієнт 1,2 враховує можливу нерівномірність розподілу навантаження на кожен ріг гака.

Гакові підвіски підрозділяються на два типи (рис.4):

• нормальні, застосовують при парній та непарній кратності поліспасту;

• укорочені, застосовують тільки при парній кратності поліспасту.

У нормальних підвісках траверса, на якій укріплений гак, з'єднується з віссю канатних блоків щоками, виготовленими з листової сталі.

В укорочених обоймах блоки розміщаються на подовжених щоках траверси.. Хвостовик гака проходить крізь отвір у траверсі і закріплюється гайкою, що спирається на опорний підшипник. Щоб не відбулося мимовільного згвинчування гайки, вона повинна бути зафіксована щодо гвинта стопорною планкою. Фіксацію гайки за допомогою штифтів, шплінтів і стопорних болтів, згідно ДНАОП №9–1.03–93, не допускають.

а б

а – нормальна, для непарної кратності поліспасту;

б – укорочена, для парної кратності поліспасту

Рисунок 4 – Схеми підвісок для гаку.

Для запобігання виходу каната з блоку, блоки гакової обойми захищені кожухом, який виготовлено з листової сталі товщиною не менш 3мм. Радіальний зазор між ребордами блоку і кожухом повинний бути не більш 0,15 діаметра каната.

Траверси підвісок для гаків (рис.5) виготовляють з багатовуглецевої стали та розраховують на вигин по середньому перетину, який ослаблено отвором для хвостовика гака. Запас міцності щодо межі текучості, з урахуванням складної конфігурації траверси, приймається не менш 3.

Рисунок 5 – Траверса

Траверси розраховують на вигин при допущенні, що діючі на неї сили зосереджені. Крім того, вважають, що сили, які її перерізують, незначно впливають на згинальний момент. Після конструктивного пророблення підвіски, визначають розрахункові розміри, тобто відстань між осями крайніх блоків b.

Розрахункове навантаження на траверсу G_р таке ж, як і на упорний підшипник, на який спирається гак.

Найбільш поширена конструкція установки вантажопідйомного барабана [1], у якому з'єднання барабана з тихохідним валом редуктора здійснюється за допомогою спеціальної зубцюватої муфти (рис.6).

Кінець вала редуктора у таких конструкціях виконують у виді зубцюватої шестірні, що входить у зачеплення з вінцем, укріпленім на барабані. Крутійний момент від вала редуктора передається через зубцювате зачеплення на вінець і маточину і далі через болти на обичайку барабана.

Рисунок 6 – Схеми установки вантажопідйомного барабана

При розрахунку барабана на міцність використовують попередньо обраний (відповідно до вантажопідйомності крана, використовуваною схемою механізму підйому і розрахованим розривним зусиллям) діаметр каната d_К і максимальний при підйомі вантажу натяг у гілці каната, що набігає на барабан S_max:

;

де G – вага вантажу;

 - коефіцієнт корисної дії блоку ( = 0,9–0,98 для підшипників кочення,   = 0,95–0,96 для підшипників ковзання);

a – число гілок каната, що навиваються на барабан;

m – кратність поліспаста.

Вихідні дані для виконання індивідуальних завдань приведені в Додатку А.