3.10. Кузнечные манипуляторы

Назначение и конструкция манипуляторов. Напольные кузнечные манипуляторы так же, как и ковочные краны, обслужи­вают прессы и молоты при ковке изделий.

Манипуляторы имеют меньшую грузоподъемность (до 75 т) по сравнению с ковочными кранами, однако они более маневренны Обычно многие из них имеют механизмы захвата, вращения вокруг горизонтальной оси, подъема, качания, передвижения и иногда вращения вокруг вертикальной оси. Часть машин имеет механизм передвижения. На рис. 3.36 показан полноповоротный напольный кузнечный манипулятор, состоящий из ходовой 1 и поворотной 2 частей. На канатах механизма качания 4 закреплен конец хобота с клещевым захватным механизмом 3. Рама хобота подвешена на оси 5 механизма подъема 6.

Удары бойка пресса или молота смягчаются пружинными амортизаторами 7, передающими динамические усилия на металлоконструкцию поворотной части. Вращение заготовки в клещах осуществляется электродвигателем 8 механизма вращения, закрепленным на раме хобота. Зажим заготовки клещами осуществляется сжатым воздухом от компрессора 9, установленного на задней стороне машины,

Рис. 3.36. Общий вид напольного полноповоротного кузнечного манипулятора

Рис. 3.37. Хобот с клещами кузнечного манипулятора

Хобот с клещами (рис. 3.37) имеет головку 2, которая закреплена на конце хобота 1 с помощью клиньев. Двуплечие рычаги 3 зубообразными концами вставлены в ползун 5, соединенный со што­ком 6, приводимым в движение поршнем 7 цилиндра 8.

Воздухораспределительное устройство 9 подает воздух в заднюю или переднюю полости цилиндра 8. При этом рычаги клещей рас­крываются или сдвигаются и через щеки 4 освобождают или захва­тывают заготовку поковки.

3.11. Закалочные краны

Закалочные краны применяют в термических цехах ма­шиностроительных заводов. Кран состоит из моста и специальной тележки. Конструкция моста обычная, как в мостовых кранах. Тележка имеет специальный механизм подъема, производящий быстрое опускание закаливаемого предмета в охлаждающую жидкость. Высокая скорость опускания требуется для обеспечения равномер­ной закалки детали по длине и толщине.

Следует заметить, что первые типы закалочных кранов имели скорость опускания груза, превышающую скорость подъема всего лишь в 2—3 раза. Эти конструкции кранов почти не имели отличий по сравнению с обычными мостовыми кранами. Увеличение скорости опускания груза в закалочных кранах производилось за счет сво­бодного падения груза. Опускающийся груз, связанный посредством механизма с подъемным двигателем, приводил его во вращение, т. е. заставлял работать в качестве генератора. В этих кранах до­пускается увеличение частоты вращения двигателя более чем в 2— 3 раза по сравнению с нормальной частотой вращения (тиристорный привод).

Тормозные устройства для быстрого опускания груза должны удовлетворять следующим требованиям:

1. обеспечивать постоянную скорость при спуске груза независимо от его массы;

2. осуществлять надежное и плавное торможение на коротком пути (100—150 мм);

3. надежно удерживать груз в подвешенном состоянии. Процесс закалки изделий требует равномерного погружения их в закалочную жидкость, так как при неравномерном опускании качество закалки ухудшается.

Чем меньше будет путь торможения груза в ванне, тем меньше ее размеры и стоимость изготовления. Поэтому путь торможения груза, с одной стороны, должен быть наименьшим. Однако, с другой стороны, при значительной скорости опускания груза и малом пути торможения могут возникнуть большие силы инерции, ко­торые оказывают отрицательное действие на металлоконструкции крана.

В настоящее время создано значительное количество тормозных устройств для быстрого опускания груза. Эти устройства могут быть разделены на электрические, механические, пневматические, элек­тромеханические, электрогидравлические, гидромеханические тормоз­ные. Рассмотрим одно из этих устройств.

Электромеханические тормозные устройства для быстрого опу­скания груза. Существуют различные типы электромеханических тормозных устройств. Наиболее совершенным из них можно считать электромеханическое тормозное устройство с оттормаживанием ком­бинированного тормоза через водило планетарной передачи. Кине­матическая схема этого тормозного устройства совместно с механиз­мом подъема показана на рис. 3.38.

Тормозное устройство состоит из двух подъемных электродви­гателей 12, эластичных муфт, насаженных на валы, электродвига­телей, соединенных со стопорными тормозами 13, одноступенчатого редуктора с зубчатыми колесами 11 и 14, планетарного грузового редуктора, имеющего колеса 17 (с внешними зубьями) и 19 (с вну­тренними зубьями), сателлитов 2,-центрального колеса /, водила 20.

Рис. 3.38. Схема тормозного устройства с оттормаживанием комбинированного тор­моза через водило планетарной передачи

Последнее посредством полого вала III соединено через колеса 16 и 5 с грузовым барабаном 10.

Это устройство имеет также дополнительный регулирующий электродвигатель 9, муфту со стопорным тормозом 8, планетарный редуктор с колесами 4 (центральный), 6 (сателлитами) и 5 (обоймой с внутренним зацеплением), водилом 7 и комбинированный тормоз 15. Схема этого тормоза представлена на рис. 3.39.

Подъем и опускание груза с нормальной скоростью V_П = 6 м/мин может осуществляться при помощи двух подъемных двигателей 12 (см. рис. 3.38) мощностью 100 кВт при дополнительном двигателе 9, заторможенном комбинированным тормозом 15. Вращение бара­бана при этом осуществляется через зубчатые колеса 11, 14, 18, 17, 19, 2 и 16. Центральное колесо 1, насаженное на одном валу VII вместе со шкивом спускного тормоза 15, заторможено. Вращение колеса 16 осуществляется посредством полого вала III и водила 20.

Опускание груза массой менее 150 т со скоростью V_СП = 40 м/мин производится следующим образом. Дополнительный двигатель 9 мощностью 17 кВт через эластичную муфту и тормоз 8 сначала растор­маживает спускной тормоз 15. При этом центральное колесо 13 (рис. 3.39), соединенное с валом двигателя, приводит во вращение сателлиты 11, которые при заторможенном тормозе обкатываются по неподвижной обойме 10. Водило 12 поворачивается по часовой стрелке на некоторый угол и поднимает стержень 5 вверх. Это дви­жение стержня 5 передается через рычаги 6 и 7 рычагу 8, а также рычагам 3 и 4. Тормозной груз поднимается, и тормозной шкив 1 вследствие отхода колодок 2 растормаживается.

Как только комбинированный тормоз несколько растормозится, его шкив 1 начинает проворачиваться (рис. 3.39). Вращение тормозного шкива

Рис. 3.39. Схема комбинированного тормоза: 1 — тормозной шкив; 2 — колодка; 3—8 — рычаги; 9 — тормозной груз; 10 — колесо с внутренним зацеплением; 11, 14 — сателлиты; 12 — водило; 13 — солнечное колесо

осуществляется грузовым моментом, передающимся через колеса 16 и 3, вал III, водило 20, сателлиты 2, колесо 1 и вал VII, с другой стороны, самим дополнительным двигателем 9, который при скоростном опускании груза и неподвижном водиле 7 вращает колеса 6, 5 и 4 (см. рис. 3.38).

Обойма 5 является одновременно корпусом планетарного редук­тора, который при опускании груза вращается и приводит в движе­ние вал VI, на котором насажен шкив 1 комбинированного тормоза (см. рис. 3.39).

При необходимости опускание груза можно осуществлять подъ­емными двигателями и дополнительным двигателем 9 (см. рис. 3.38). При этом скорость опускания будет равна сумме скоростей груза, получаемых при работе подъемных двигателей, плюс скорость до­полнительного двигателя, т. е. 6 + 40 = 46 м/мин. При такой ско­рости опускания зубчатые колеса механизма будут вращаться при неподвижном водиле.

Рассмотрим основные элементы расчета данного механизма и его тормозного устройства. Найдем сначала передаточные числа механизма при работе подъемных двигателей 12 и работе дополни­тельного двигателя 9 (см. рис. 3.38).

Передаточное отношение механизма при работе подъемных двигателей

где η_М.П и η_Б.П — частота вращения подъемного двигателя и подъемного барабана при подъеме груза; z₁₄, z₁₇, z₁₈, z₁, z₁₉, z₃ и z₁₆ — числа зубьев колес.

Передаточное число механизма при скоростном спускании груза посредством работы дополнительного двигателя

где η_М.ОП и η_Б.ОП — частота вращения дополнительного двигателя и барабана при скоростном опускании груза.

Частота вращения барабана при подъеме или опускании груза подъемными двигателями

где k_П — кратность полиспаста механизма подъема.

Частота вращения барабана при скоростном опускании груза

где k_ОП — кратность полиспаста при опускании груза.

Частота вращения барабана при работе на спуск груза во время работы подъемных двигателей и дополнительного двигателя

Тормозной момент комбинированного тормоза

где M_СТ — статический момент от веса груза; M_ДИН — динамический момент. Вес тормозного груза спускного тормоза может быть определен по следующей формуле (см. рис. 3.39):

где η_T и i_T — коэффициент полезного действия и передаточное отно­шение рычажной передачи от шкива до груза; μ — коэффициент трения обкла­док по шкиву.

В этой формуле не учтен вес рычагов тормоза, а также потери на трение в шарнирах рычагов и в зубчатых колесах 11 при их свободном обкатывании вместе с водилом 12 по колесам 13 и 10 (см. рис. 3.39).

Как отмечалось выше, при растормаживании тормоза дополни­тельный двигатель, вращая по часовой стрелке центральное колесо 13, принуждает водило 12 повернуться на некоторый угол по часовой стрелке, вследствие чего поднимается тормозной груз 9 и расторма­живается тормоз.

Усилие Р, действующее в стержне 5 при повороте водила 12, может быть найдено по следующей формуле:

где i_Т — передаточное отношение рычагов от водила 12 до груза 9 (см. рис. 3.39); η^’_T — КПД рычажной передачи от водила до груза 9 и далее до колодок тормоза.

При написании этой формулы не учтен вес рычажной системы тормоза.

Схема усилий, действующих при растормаживании тормоза, показана на рис. 3.39, б.

Если в начале растормаживания тормозной шкив 1 заторможен, то заторможена и обойма 10. Поэтому при вращении колеса 13 дополнительным двигателем сателлиты 11 обкатываются по непо­движным зубцам обоймы 10. Благодаря этому на оси сателлитов 11 действуют усилия, равные 2К, а на зубцы действуют усилия К.

Уравнение моментов сил, действующих на водило 12:

где D₄ и D₆ — диаметры колес 4 и 5; r — плечо приложения силы F.

Следовательно

Вращающий момент дополнительного двигателя М = KD₄.

Мощность дополнительного двигателя определяют по моменту М, а мощность подъемного двигателя — по грузоподъемной силе крана и скорости подъема груза.

ГЛАВА КРАНЫ-ШТАБЕЛЕРЫ