21.7.Барабаны и блоки

Барабан предназначен для преобразования угловых перемещений вала двигателя в линейное перемещение гибкого элемента (каната) посредством навивки его на цилиндрическую поверхность барабана. На рис. 21.14 изображены барабаны, канаты и приводы автомобильного крана.

Рис. 21.14. Механизмы подъёма и изменения вылета стрелы.

Для обеспечения долговечности каната по правилам Ростехнадзора определяют диаметр барабана по дну канавок по формуле:

, (21.7)

где – диаметр каната, мм; e – коэффициент выбора минимального диа-метра барабана, который зависит от типа грузоподъемного устройства и группы режима работы механизма. Рассчитанное значение округляют в большую сторону до стандартного значения из ряда Ra40 по ГОСТ 6636 (прил. Г).

Блок — простое механическое устройство, позволяющее регулировать силу. Он представляет собой колесо с желобом по окружности, вращающееся вокруг своей оси (рис. 21.15). Жёлоб предназначен для каната, цепи, ремня и т. п. Если ось блока помещается в обоймах, прикреплённых на балке или стене, такой блок называется неподвижным; если же к этим обоймам прикрепляется груз, и блок вместе с ними может двигаться, то такой блок называется подвижным.

Рис. 21.15. Блок полиспаста

При огибании барабана в канате возникают переменные напряжения по пульсирующему циклу. При огибании блоков могут возникать знакопеременные напряжения вследствие перегибов каната в разных направлениях, поэтому рекомендуется диаметры блоков принимать больше диаметра барабана на 20%.

Барабаны изготавливают сварными или литыми из стали или чугуна. Сварные барабаны предпочтительнее, особенно при больших диаметрах в связи с меньшей металлоемкостью. Используют стали 20, 09Г2С, 15ХСНД, 55Л, чугуны СЧ15, 20, 25 и др.

В грузоподъемных машинах применяют барабаны с гладкой или желобчатой поверхностью. Барабаны с гладкой поверхностью используют при многослойной навивке каната. Если канат навивается в один слой, то применяют барабаны с нарезанной по винтовой линии канавкой. Для каната диаметром d_к глубина винтовой канавки h≥0,3d_к, при радиусе r≥0,54d_к, шаг винтовой нарезки t ≥1,1d_к.

Многослойной навивкой достигается уменьшение длины барабана, однако при неравномерном контакте между слоями понижается долговечность каната.

Одноканатные барабаны снабжаются с двух сторон ребордами, выступающими над верхним слоем уложенного каната не менее, чем на два его диаметра (рис. 21.16). На нарезных барабанах при сдвоенных полиспастах реборды не делают (рис. 21.17). Канат к барабану крепится с помощью прижимных планок. Длину наматываемого каната l_к определяют, исходя из высоты подъема груза Н и кратности полиспаста u_п

l_к = H ∙ u_п. (21.8)

Рис. 21.16. Одноканатный барабан

Рис. 21.17. Двухканатный барабан.

При сдвоенном полиспасте барабан имеет два рабочих участка, поэтому полная длина наматываемого каната l_п: при одинарном полиспасте l_п= l_к, при сдвоенном полиспасте l_п= 2l_к. Число рабочих витков каната на барабане диаметром :

. (21.9)

Полное число витков каната на барабане:

,

где – число запасных (разгружающих) витков; по правилам Ростехнадзора ≥ 1,5…2,0.

Общая длина барабана:

– при одинарном полиспасте (рис. 21.16):

; (21.10)

– при сдвоенном полиспасте (рис. 21.17):

, (21.11)

В формулах (21.10) и (21.11) – длина нарезанной части барабана, мм.

; (21.12)

– длина участка барабана, используемого под крепление каната, мм.

; (21.13)

– длина участка барабана под ребордой; = 10…20 мм;

– длина средней, ненарезанной части барабана; при сдвоенном полиспасте принимать = 150… 200 мм.

Пример 33. Рассчитать диаметры барабана и блоков и длину одноканатного барабана по следующим исходным данным: диаметр каната d_к = 13 мм, высота подъема груза Н = 22 м, кратность полиспаста u_п = 3, коэффициент выбора минимального диаметра барабана е = 26.

Решение.

1.Диаметр барабана по формуле (21.7):

мм.

Принят D_б = 340 мм из ряда Ra40 по ГОСТ 6636 (прил. Г). Диаметр блока D_р = 1,2 D_б = 1,2·340 = 408 мм. Принят D_б = 420 мм (прил. Г).

2.Длина каната по формуле (21.8):

l_к = H ∙ u_п = 22·3 = 66 м.

3. Шаг винтовой нарезки t = 1,1d_к = 1,1·13 = 14,3 мм; принято t = 15 мм.

4.Число рабочих витков на барабане по формуле (21.9):

.

5. Полное число витков каната на барабане: z = z_р + z_з = 60 + 2 = 62.

6.Длина нарезанной части барабана по формуле (21.12):

мм.

7.Длина участка барабана, используемого под крепление каната по формуле (21.13):

мм.

8.Длина участка барабана под ребордой; принято = 15 мм.

9. Общая длина барабана по формуле (21.10):

мм.

Пример 34. Рассчитать диаметры барабана и блоков и длину двухканатного барабана по следующим исходным данным: диаметр каната d_к = 9,7 мм, высота подъема груза Н = 30 м, кратность полиспаста u_п = 4, коэффициент выбора минимального диаметра барабана е = 30.

Решение.

1.Диаметр барабана по формуле (21.7):

мм.

Принят D_б = 300 мм из прил. Г. Диаметр блока D_р = 1,2·300 = 360 мм (прил. Г).

2.Длина каната по формуле (21.8):

l_к = H ∙ u_п = 30·4 = 120 м.

Полная длина l_п= 2l_к = 2·120 = 240 м.

3. Шаг винтовой нарезки t = 1,1d_к = 1,1·9,7 = 10,7 мм; принято t = 11 мм.

4.Число рабочих витков на барабане по формуле (21.9):

.

5. Полное число витков каната на барабане: z = z_р + z_з = 246 + 2 = 248.

6.Длина нарезанной части барабана по формуле (21.12):

_{LH = zt = 248·11= 2728 мм.}

7.Длина участка барабана, используемого под крепление каната по формуле (21.13):

мм.

8.Длина ненарезанной части барабана принята = 176 мм.

9. Общая длина барабана по формуле (21.11):

мм.

Частота вращения барабана и вращающих блоков при наматывании каната (об/мин):

, (21.14)

где ­– скорость подъема груза, м/мин, – диаметр по средней линии навитого каната, мм.

Пример 35. Рассчитать частоту вращения барабана по следующим исходным данным: диаметр каната d_к = 5,6 мм, диаметр барабана D_б = 180 мм, скорость подъема груза v_гр = 40 м/мин, кратность полиспаста u_п = 2.

Решение.

Средний диаметр мм.

Частота вращения барабана по формуле (21.14):

об/мин.