2. Грузоподъемные машины
Подъемно-транспортные машины предназначены для подъема, опускания и перемещения штучных, пакетированных и насыпных грузов в промышленности, строительстве, сельском хозяйстве и на транспорте. В зависимости от назначения, подъемно-транспортные машины классифицируются по функционально-подобным группам. В общем случае этих групп может быть сформировано три. Это группа грузоподъемных машин, группа погрузочно-разгрузочных машин, группа транспортирующих машин.
Группа грузоподъемных машин включает в себя домкраты, конструкция которых представлена на рис. 2.1, лебедки, краны, подъемники.
Рис. 2.1. Схемы домкратов: а – винтовой; б – реечный; в – гидравлический; 1 – корпус; 2 – винт; 3 – оголовок; 4 – трещотка; 5 – гайка; 6 – рукоятка; 7 – собачка; 8 – ось; 9 – стопор; 10 – пружина; 11 – храповое колесо; 12 – рейка; 13 – лапка; 14 – зубчатое колесо; 15 – рабочий цилиндр; 16 – поршень; 17 – перепускной клапан; 18 – уплотнительная манжета плунжера; 19 – плунжер; 20 – бак рабочей жидкости; 21 – пружина клапана; 22 – клапан всасывающий; 23 – клапан нагнетательный
Лебедки – грузоподъемные машины, которые в основном используются в составе других машин (кранов).
Лебедки предназначены для создания тягового усилия в одном направлении. Как правило, в состав конструкции лебедки входят двигатель (обычно – это электрический двигатель), понижающий редуктор, барабан, канат (трос), грузозахватное устройство (обычно это крюк). Лебедки могут эксплуатироваться как самостоятельные механизмы, так и в составе более сложных механизмов (например, кранов). Различают лебедки подъемные и тяговые. Подъемные лебедки используют при подъеме и опускании свободно подвешенного груза или грузовой площадки, перемещающейся по направляющим. Тяговые лебедки применяют при перемещении тележек с грузом по горизонтальной или слегка наклонной плоскости.
Рис. 2.2. Схемы лебедок: а – лебедка с ручным приводом (общий вид и кинематическая схема); б – лебедка реверсивная с электроприводом; в – лебедка с зубчато-фрикционным приводом; 1 – барабан; 2 – рама (щека); 3 – зубчатые колеса; 4 – рукоятка; 5 – грузоупорное тормозное устройство; 6 – двухступенчатый редуктор; 7 – тормоз; 8 – электродвигатель; 9 – фрикционная коническая муфта сцепления; 10 – храповой механизм (останов)
Лебедки (рис. 2.2) предназначены для подъема и перемещения груза с помощью стального каната или цепи, навиваемых на барабан. Различают лебедки общего и специального назначения. Лебедки специального назначения входят в состав конструкции кранов, экскаваторов, бульдозеров, скреперов, бетономешалок и других механизмов.
Лебедки с ручным приводом используют на монтажных работах в качестве вспомогательного оборудования, когда скорость подъема груза не имеет существенного значения. Тяговое усилие таких лебедок составляет 5...100 кН.
Барабаны (рис. 2.3) различают для многослойной и однослойной навивок канатов. Барабаны для многослойной навивки применяют только при больших длинах навиваемого каната. При многослойной навивке барабаны бывают с гладкой поверхностью. При однослойной навивке применяют нарезные барабаны, что увеличивает поверхность контакта каната и барабана и уменьшает износ каната.
Рис. 2.3. Схемы барабанов: а – конструкция барабана; б – схемы запасовки канатов; 1 – нормальная канавка; 2 – глубокая канавка
На барабане конец каната закрепляется различными способами: накладкой, клином, нажимными болтами. Канат в месте крепления не должен подвергаться резкому изгибу. Для уменьшения натяжения каната в месте его крепления на барабане всегда должен оставаться запас не менее 1,5...2 витков.
Тормозные устройства реверсивных лебедок с приводом от электродвигателя имеют различные конструктивные варианты двухколодочных электромагнитных тормозов (рис. 2.4). Наиболее известны конструкции электромагнитных тормозов с короткоходовым электромагнитом (ход якоря 2...4 мм) и длинноходовым электромагнитом, а также с электрогидравлическим толкателем.
а
б
Рис. 2.4. Общий вид и схемы электромагнитных тормозов: а – общий вид и схема электромагнитного тормоза с короткоходовым электромагнитом; б – общий вид и схема колодочного тормоза с электрогидравлическим толкателем
В конструкции электромагнитного тормоза с короткоходовым магнитом прижатие тормозных колодок к шкиву (в качестве которого используется соединительная муфта) производится пружиной 1 через тягу 2 и шток 3 на рычаги-стойки 4 и 5. При включении электродвигателя лебедки, ток проходит и по катушке электромагнита, вызывая сближение катушки 12 и скобы-якоря 6, который, в свою очередь, смещает шток 3, сжимающий пружину 1 и разводящий концы рычагов-стоек 4 и 5, шарнирно закрепленных в основании. При смещении рычагов-стоек 4 и 5 между тормозными колодками 13 и шкивом 14 образуется зазор, который обеспечивает свободное вращение барабана лебедки при подъеме или опускании груза.
Для ограничения отвода колодок имеется упор 7 с регулировочным винтом 8. Усилие пружины регулируют гайкой 9, а величину отхода колодки – гайкой 10. Для отвода рычага-стойки 5 установлена вспомогательная пружина 11. При отключении катушки электромагнита пружина, разжимаясь, смещает тягу и шток в противоположные стороны, возвращая концы рычагов-стоек 4 и 5, а вместе с ними и колодки, в первоначальное положение. При этом усилие в пружине создает достаточное давление между колодками и шкивом, в результате чего возникает трение, препятствующее вращению шкива.
Полиспастами называют систему подвижных и неподвижных блоков, огибаемых канатом. Полиспасты различной кратности применяют в качестве рабочих органов грузоподъемных машин (кранов, лебедок). Кроме изменения направления движения каната, полиспаст позволяет получить выигрыш в окружном усилии на барабане или в скорости подъема груза в зависимости от схемы исполнения полиспаста. Соответственно, необходимо отметить, что если полиспаст дает выигрыш в силе, то одновременно имеет место потеря в скорости, и наоборот.
Под кратностью i полиспаста понимают отношение скорости навивки каната на барабан к скорости подъема груза, или отношение веса поднимаемого груза к окружному усилию на барабане без учета КПД. У простых полиспастов (рис. 2.5) кратность полиспаста равна количеству нитей, на которых подвешен груз. Различают полиспасты простые и сдвоенные. В сдвоенных полиспастах средний неподвижный блок (уравновешивающий) уравнивает возможную разность натяжения каната в двух ветвях.
Рис. 2.5. Полиспасты: а – двукратный полиспаст; б – трехкратный полиспаст; в – четырехкратный полиспаст; г – сдвоенный двукратный полиспаст; д – двукратный сдвоенный полиспаст; е – крюковая обойма подвижных блоков и грузозахватные приспособления; 1 – подвижные блоки; 2 – щеки; 3 – гайка; 4 – траверса; 5 – однорогий крюк; 6 – двурогий крюк; 7 – грузовая петля
В сдвоенных полиспастах кратность определяется как количество рабочих ветвей, деленное на 2. В ответственных механизмах, как правило, применяются сдвоенные полиспасты.
Использование обратного полиспаста дает выигрыш в скорости подъема груза, но при этом соответственно увеличивается прилагаемое усилие.
Подвижные блоки компонуются в крюковую обойму.
Блоки (рис. 2.6) применяют для изменения направления движения каната. Профиль ручья блока выполняют так, чтобы обеспечить беспрепятственный вход и выход каната.
Рис. 2.6. Общий вид блоков и расположения грузоподъемного каната
Канаты относятся к такелажному оборудованию, в состав которого также входят цепи и стропы. Канаты бывают стальные, пеньковые и капроновые. Пеньковые канаты применяют редко, так как они обладают низкой механической прочностью. Капроновые канаты считаются более надежными. Стальные канаты изготавливают из проволоки диаметром 0,5...2 мм (реже 3...5 мм). Проволоки предварительно свиваются в пряди, а пряди свивают вокруг пенькового сердечника, который придает канату гибкость и является хранилищем смазочного материала. Стальные канаты являются сложным и ответственным видом проволочных изделий. Они имеют большое количество типов и конструкций и различаются по форме поперечного сечения как самого каната, так и его элементов, а также по физико-химическим характеристикам проволок и сердечников. Стальные канаты (рис. 2.7) должны отвечать действующим государственным стандартам в соответствии с ГОСТ 3241-91»Канаты стальные, технические условия». В соответствии с настоящим стандартом канаты имеют следующую классификацию.
1. По конструкции:
одинарной свивки (спиральные);
двойной свивки;
тройной свивки.
2. По типу свивки прядей:
с точечным касанием проволок между слоями – ТК;
с линейным касанием проволок между слоями – ЛК;
с комбинированным точечно-линейным касанием проволок – ТЛК.
3. По форме поперечного сечения:
круглые;
плоские.
4. По форме поперечного сечения прядей:
крупнопрядные;
фасоннопрядные.
5. По степени крутимости:
крутящиеся;
малокрутящиеся.
6. По материалу сердечника:
с органическим сердечником из натуральных или синтетических материалов – ОС;
с металлическим сердечником – МС.
7. По способу свивки:
нераскручивающиеся – Н;
раскручивающиеся Р.
8. По степени уравновешенности:
рихтованные – Р;
нерихтованные.
9. По направлению свивки каната:
правой;
левой – Л.
10. По сочетанию направлений свивки канатов и его элементов в канатах двойной и тройной свивки.
11. По механическим свойствам:
канаты марок ВК, В, I.
12. По виду покрытия поверхности проволоки в канате:
из проволоки без покрытия;
из оцинкованной проволоки.
13. По назначению:
грузолюдские – ГЛ;
грузовые – Г;
14. По точности изготовления:
нормальной;
повышенной – Т.
Рис. 2.7. Стальные проволочные канаты: а – структура каната; б – одинарной свивки; в – двойной односторонней свивки; г – крестовой свивки; д – спиральный (закрытый); 1 – пряди; 2 – проволока; 3 – сердечник; 4 – верхний слой пряди
Для тяжелонагруженных канатов и канатов, работающих в условиях высоких температур, в качестве сердечника используют одну из прядей. В грузоподъемных машинах применяют канаты крестовой свивки, которые имеют большую жесткость, хорошо сопротивляются расплющиванию и раскручиванию при огибании блоков и барабанов. Канат, изготовленный из проволочек различного диаметра, имеет линейный контакт проволочек между прядями. Прочность таких канатов на 10...15% выше, чем прочность обычного.
В грузоподъемных машинах применяют канаты диаметром dк = = 4,2…65 мм, свитые из шести прядей, в каждой из которых 19 или 37 проволочек.