6.6. Механизмы изменения вылета

На рис. 6.50 показаны некоторые типы механизмов изме­нения вылета портальных кранов.

Штанговые механизмы. Эти механизмы получили наибольшее распространение. В них качание стрелы осуществляется воздействием на нее со стороны жесткой штанги, получающей движение от при­вода. В реечном механизме (см. рис. 6.1; 6.50, а, б) штанга имеет форму зубчатой или цевочной рейки 3, которая находится в зацеп­лении с шестерней /, связанной с двигателем. Рейка направляется роликами 2 и 4, закрепленными в корпусе, качающемся на валу ше­стерни 1. Ролик 4 препятствует отходу рейки от шестерни, уравно­вешивая радиальную составляющую усилия в зацеплении. В кранах,

Рис. 6.50. Механизмы изменения вылета

работающих в тяжелом режиме, рейка соединена со стрелой через демпфер, смягчающий резкие пуски и торможения. Винтовые механизмы бывают с вращающимся винтом (см. рис. 6.50, г), приме­няемые редко, или с вращающейся гайкой (см. рис. 6.50, в). Винты имеют многозаходную трапециевидную или прямоугольную резьбу. Точку присоединения винта к стреле выбирают по возможности ближе к оси качания стрелы, что позволяет уменьшить длину винта. Однако это приводит к увеличению усилия в винте.

Для кинематического расчета штанговых механизмов необходимо знать среднюю скорость v горизонтального перемещения груза. За время t=(R_MАХ-R_MIN)/v изменения вылета длина штанги от стрелы до механизма изменится на Δl=l₁—l₂. Необходимая ско­рость движения штанги

Передаточное число лебедки реечного механизма u=n_ДВ/n₀, где n_ДВ и n₀=v₀/(πD₀) — частоты вращения соответственно ротора двигателя и шестерни 1; D₀ — диаметр начальной окружности ше­стерни 1.

В винтовом механизме за один оборот гайки (см. рис. 6.50, в) или винта (см. рис. 6.50, г) перемещение винта или гайки вдоль оси h₀=πdtgα, где h₀=h_Z — ход резьбы; h — шаг резьбы; z — число заходов. Соответственно частота вращения гайки или винта n₀=v₀/h₀, где v₀ — скорость, определяемая по формуле (6.35). Винто­вые механизмы позволяют получить компактную лебедку с малым передаточным числом. Однако они имеют повышенную стоимость, а детали винтовой пары должны быть изготовлены с большой точ­ностью. В конструкции, изображенной на рис. 6.50, г, составляю­щая R==Ucosα₁ усилия в тяге, соединяющей гайку со стрелой, действует на направляющую, а усилие в винте U₀=U(sinα₁+μcosα₁), где μ — коэффициент сопротивления при движении гайки по направляющей.

Гидравлические механизмы. Эти механизмы (см. рис. 6.50, д) смягчают перегрузки при пусках и торможениях. Однако при их изготовлении предъявляются высокие требования к точности и ше­роховатости поверхности штока и цилиндра, причем шток имеет ограниченный ход и испытывает большие нагрузки.

Полиспастный механизм. Этот механизм (см. рис. 6.50, е) имеет канатную лебедку. Качание стрелы происходит в результате стяги­вания неподвижной, закрепленной на колонне, и подвижной, закреп­ленной на стреле, обойм полиспаста. При изменении длины поли­спаста на величину Δl=1₁—l₂ и его кратности k необходимая скорость каната

Усилие S в канате в зависимости от тягового усилия U в поли­спасте вычисляют по формуле

η_П, η_H.Б — КПД полиспаста и направляющих блоков.

Рис. 6.51. Графики скорости горизонталь­ного перемещения груза для механизмов изменения вылета: 1 — кривошнпно-шатунного; 2 — секторного; 3 — реечного

Полиспастные механизмы просты в изготовлении и ремонте, но их эксплуатация связана с периодиче­ской заменой каната по мере уста­лостного изнашивания проволок. При обрыве груза или действии

ветра нерабочего состояния крана может произойти запрокидывание стрелы на колонну. Для натяжения канатов и при отклонении груза в сторону уменьшения вылета грузовой неуравновешенный мо­мент (рис. 6.29, б) и неуравновешенный момент сил тяжести должны быть положительны. При этом исключается возможность горизон­тальной траектории груза и увеличивается мощность двига­теля.

Секторный механизм. Этот механизм (см. рис. 6.50, ж) обычно применяют в сочетании с противовесом на стреле. Зубчатый сектор 6 жестко прикреплен к стреле5в нижней ее части и находится в зацеп­лении с шестерней 7, связанной с приводом.

Кривошипно-шатунный механизм. Этот механизм (см рис. 6.50, з) обеспечивает возвратно-качательное движение стрелы. При прибли­жении стрелы к крайним положениям по вылету скорость ее снижа­ется до нуля, что гарантирует безопасность при отказе конечных вы­ключателей, но сопряжено с большими значениями ускорений (за­медлений) и сил инерции. При радиусе кривошипа 0,5—0,7 м уси­лия в шарнирах весьма значительны.

При постоянной частоте вращения ротора двигателя скорость v (К) горизонтального перемещения груза переменна по вылету R. Характер изменения скорости v (К) зависит от типа и компоновки механизма изменения вылета, а также от типа и параметров схемы стрелового устройства (рис. 6.51).

Рис. 6.52. Схема к расчету механизма изменения вылета

Усилие U в тяговом эле­менте механизма изменения вылета, действующее на плече г относительно оси ка­чания стрелы, определяют как U=М/r. В общем слу­чае действующий на стрелу момент

где M_Q — грузовой неуравновешенный момент; М_Н — неуравновешенный момент сил тяжести; M_B=∑Fh_B — момент ветровых нагрузок F, действующих на плечах h_B; М_α=R_αh_α — момент вызываемый отклонением грузовых канатов от вертикали (рис. 6.52); М_ИН — момент сил инерции неустановившегося движения механизма изменения вылета [19]. Знак моментов М_В, М_α и М_ИН зависит от направления сил.

При расчетах деталей и узлов механизма на прочность необхо­димо рассмотреть различные комбинации нагрузок IIа, IIb₁, IIb₂ и вылеты для установления наихудшего нагружения.

Текущее значение мощности двигателя для реечного, винтового и гидравлического механизмов изменения вылета при скорости дви­жения штанги v₀

для полиспастного механизма при скорости каната v_K

для секторного механизма при радиусе r_Ш и угловой скорости w_Ш шестерни

Мощность двигателя N рассчитывают для ряда положений стрело­вого устройства по вылету, после чего двигатель выбирают по сред­неквадратичному значению мощности и проверяют по времени пуска [19].