Учебное пособие 800490
.pdfМинистерство образования и науки РФ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежский государственный архитектурно-строительный университет
Ю. И. КАЛИНИН, Ю.Ф. УСТИНОВ, В.А. ЖУЛАЙ, В.А. МУРАВЬЕВ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ КРАНОВ
Учебно-методическое пособие по курсовому проектированию
Рекомендовано в качестве учебно-методического пособия научно-методическим советом Воронежского государственного архитектурно-строительного университета для студентов, обучающихся по специальности 190205 «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование»
Воронеж 2010
УДК 621.86 ББК 38.6-64 П791
Рецензенты:
кафедра прикладной механики и подъемно-транспортных машин Воронежского государственного технического университета; В.Н. Макеев, канд. техн. наук., проф. кафедры транспорта леса
и инженерной геодезии Воронежской государственной лесотехнической академии
Калинин, Ю. И. Проектирование механизмов грузоподъемных кранов.: учеб.- П791 метод. пособие / Ю.И. Калинин, Ю.Ф. Устинов, В.А. Жулай, В.А. Муравьев; Воро-
неж. гос. арх.-строит. ун-т. – Воронеж, 2010. - 156 с.
Содержит сведения, позволяющие получить студенту целостное представление о конструкции и методике расчета механизмов подъема и изменения вылета груза, механизмов передвижения и поворота строительных кранов. Проектирование названных механизмов является частью работы при выполнении курсового проекта по грузоподъемным машинам. В пособии приведены все необходимые материалы, позволяющие качественно и в требуемые сроки выполнить курсовой проект.
Предназначено для оказания помощи студентам, обучающимся по специальности 190205 «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование» при выполнении курсового проекта по дисциплине «Грузоподъемные машины»
Ил. 107. Табл. 31. Библиогр.: 11 назв.
УДК 621.86 ББК 38.6-64
ISBN 978-5-89040-305-6 |
© Ю.И. Калинин, Ю.Ф. Устинов, |
|
В.А. Жулай, В.А. Муравьев, 2010 |
|
© Воронежский государственный |
|
архитектурно-строительный |
|
университет, 2010 |
2
ВВЕДЕНИЕ
Программа подготовки инженеров-механиков по подъемно-транспортным, строительным, дорожным машинам и оборудованию предусматривает обязательное выполнение курсового проекта по грузоподъемным машинам. Составной частью такого проекта является разработка одного из механизмов строительного грузоподъемного крана: механизма подъема груза, механизма передвижения крана по рельсовому пути, механизма поворота, механизма изменения вылета груза. В курсовом проекте выполняется кинематический расчет всех названных механизмов. Конструкторская проработка выполняется для одного заданного механизма. Исходные данные для проектирования механизма частично принимаются по условиям задания, а частично по результатам общего расчета крана при разработке первого листа проекта.
Для облегчения усвоения дисциплины «Грузоподъемные машины» и выполнения курсового проекта в настоящем пособии приводится большой объем чертежей механизмов с описанием их конструктивных особенностей, дается подробная методика расчета параметров крановых механизмов. В пособии приводится большой справочный материал по нормативным документам, которые являются обязательными для исполнения. Все грузоподъемные машины являются опасными производственными объектами и подконтрольны Ростехнадзору России на стадиях их проектирования, изготовления, эксплуатации.
1.Механизм подъема груза
1.1.Общая характеристика грузоподъемного механизма
Механизмом подъема груза на грузоподъемных кранах называют лебедку для вертикального подъема груза. Лебедки обеспечивают передачу усилия от двигателя к грузу с помощью гибкого тягового органа. В качестве гибких тяговых органов используют канаты двойной свивки или сварные круглозвенные цепи.
Лебедки применяют в кранах не только для вертикального, но и для горизонтального или наклонного перемещения груза. В этом случае их называют тяговыми лебедками. В грузоподъемных кранах, работающих на открытом воздухе, тяговые лебедки используют для перемещения грузовой каретки по балочной стреле башенного крана; в козловых кранах – для перемещения грузовой каретки по главной балке; в кабельных кранах – для перемещения по канатным путям.
Вгрузоподъемных лебедках обычно один или оба конца гибкого тягового органа крепятся на барабане лебедки. В тяговых лебедках концы гибкого тягового органа могут быть закреплены как на барабане лебедки, так и на самом перемещаемом объекте. Основными рабочими параметрами лебедки являются тяговое усилие и скорость перемещения гибкого тягового органа.
Конструкции лебедок весьма разнообразны. Их различают по виду привода, количеству приводных двигателей, по типу применяемого редуктора, по способу регулирования скорости движения тягового органа.
Лебедки могут иметь привод: ручной, электрический, гидравлический, от двигателя внутреннего сгорания или комбинированный. Комбинированный привод применяют на мобильных кранах. Это может быть дизель-электрический или дизель-гидравлический привод. Электрический привод выполняют как на переменном, так и на постоянном токе.
Влебедках используют редукторы с цилиндрическими колесами – обычные и планетарные, червячные редукторы, комбинированные – коническо-цилиндрические редукторы.
3
Регулирование скорости тягового органа в лебедках может быть ступенчатое или плавное. Ступенчатое регулирование скорости осуществляют, применяя коробки передач, несколько приводных двигателей, многоскоростные двигатели переменного тока.
Плавное регулирование скорости достигается тиристорной системой управления двигателями переменного тока, применением двигателей постоянного тока или гидравлических двигателей.
В строительных кранах, которые выполняют как погрузочно-разгрузочные операции с высокими скоростями, так и монтажные операции, требующие микроперемещений грузов, используют в зависимости от назначения крана соответствующие виды регулирования скорости тягового органа.
1.2. Принципиальная схема механизма подъема груза
Механизм подъема груза (грузовая лебедка) является основным технологическим механизмом грузоподъемного крана. Режим работы этого механизма определяет режим работы крана в целом. В механизме подъема груза можно выделить две самостоятельные части: канатный барабан с приводом 1 и полиспаст 2 с грузозахватным устройством 3. На рис. 1.1 приведены схемы механизмов подъема груза: рис. 1.1,а представляет схему механизма с одинарным полиспастом; рис. 1.1,б – со сдвоенным полиспастом. Схема 1.1,а наиболее часто используется в стреловых кранах, схема 1.1,б – в кранах мостового типа.
а б
Рис. 1.1. Схемы механизмов подъема груза: а – с одинарным полиспастом,
б– со сдвоенным полиспастом
1.3.Конструкция механизма подъема груза
Конструкцию механизма подъема груза в грузоподъемных кранах определяет назначение самого крана. Здесь должны быть учтены такие факторы, как вид работы крана (погру- зочно-разгрузочные, строительно-монтажные), условия работы (на открытом воздухе, металлургических цехах, цехах по производству железобетона, пожароопасных предприятиях), виды грузов (обычные грузы, взрывоопасные, химически опасные, радиоактивные грузы).
4
На рис. 1.2 показана конструкция распространенного варианта грузовой лебедки.
Рис. 1.2. Чертеж лебедки с электроприводом и ее кинематическая схема
Лебедка состоит из электродвигателя 1, тормоза 2, редуктора 3, барабана 4, опоры барабана 5, рамы 6. Рама позволяет скомпоновать элементы механизма в удобный сборочный агрегат. Составляющей частью механизма подъема является полиспаст 7 и грузовой крюк 8, встроенный в подвижную обойму 9 полиспаста. При комплектовании лебедки с требуемыми параметрами подбор составляющих элементов механизма осуществляют с учетом нижеследующих рекомендаций.
Двигатели в механизмах подъема используют переменного или постоянного тока. При небольших потребляемых мощностях (до 5-7 кВт) применяют асинхронные электрические двигатели с короткозамкнутым ротором. При больших мощностях для снижения динамических нагрузок при пуске выбирают двигатели с фазным ротором или двигатели постоянного тока. В механизмах подъема мобильных кранов предпочтительно использование гидравлических двигателей.
Тормоз в механизме подъема груза согласно Правилам устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов ПБ 10-382-00 должен быть автоматическим нормально замкнутого типа. В нормально замкнутых тормозах захват тормозного шкива колодками осуществляется пружиной сжатия. Размыкание тормоза выполняется электромагнитами переменного или постоянного тока, электрогидравлическими толкателями. Электрическая цепь питания размыкающего устройства сблокирована с цепями питания электродвигателя лебедки и имеет общую цепь включения (выключения). Коэффициент запаса тормозного момента должен быть не менее 1,5. На рис. 1.3 показаны чертежи колодочных нормально замкнутых тормозов с электрогидравлическим (а) и электромагнитным (б) размыкающими устройствами.
5
а |
б |
|
Рис. 1.3. Чертежи колодочных нормально замкнутых тормозов: а – с толкателем электро-
гидравлическим типа ТЭГ; б – с электромагнитом серии МО-Б
Рычажные элементы 1 тормозов монтируются на основании 2 шарнирно с помощью пальцев 3, закрепленных стопорными планками 4. На рычагах шарнирно закреплены тормозные колодки 5 с фрикционными накладками. Прижатие тормозных колодок к тормозному шкиву привода осуществляется замыкающей пружиной сжатия 6 с помощью рычага или скобы 7 (соответственно конструкции тормоза по рис. 1.3,а или 1.3,б) и штока 8. Необходимое замыкающее усилие пружины для обеспечения требуемого коэффициента запаса торможения достигается завинчиванием гаек 9. Регулировка зазоров между колодками и шкивом в разомкнутом состоянии осуществляется с помощью гайки 10 и регулировочного болта 11. Размыкание тормоза осуществляет при включении лебедки соответственно электрогидравлический толкатель или электромагнит 12 путем воздействия на шток 8. Пружина 6 при этом сжимается и освобождает тормозной шкив от воздействия на него рычагов 1 с колодками 5. В механизмах подъема груза предпочтение отдается тормозам с электрогидравлическими толкателями или с электромагнитами постоянного тока. Электромагниты переменного тока не обеспечивают плавности воздействия тормозного момента, более динамичны в работе, хотя значительно дешевле.
При техническом освидетельствовании тормозов должна быть проверена надежность крепления всех шарниров. На тормозном шкиве не допускается трещин и сколов реборд. Износ поверхности тормозного шкива допускается не более 25 % от его начальной толщины; износ фрикционных накладок – не более 50 % начальной толщины. Если головки заклепок для крепления накладок выходят на поверхность торможения, накладки необходимо заменить.
Редукторы механизмов подъема могут быть различных типов и исполнения: цилиндрические, червячные, конические, планетарные, комбинированные горизонтальной или вертикальной сборки. Практика проектирования механизмов грузоподъемных машин базируется на использовании в элементах трансмиссии серийных унифицированных редукторов. При необходимости кинематическая цепь трансмиссии лебедки может быть дополнена открытой зубчатой передачей, как на рис. 1.4. Барабан в этом случае имеет собственные опоры 3 и 4.
6
На цилиндрическом выходном валу серийного редуктора устанавливается шестерня 1, которая образует зубчатую пару с колесом 2, прикрепленным к барабану.
Наибольшее распространение в механизмах подъема груза получили горизонтальные цилиндрические двухступенчатые редукторы серийного изготовления типа Ц2У с эвольвентным зацеплением зубчатых колес и редукторы типа Ц2У-Н с зацеплением Новикова. Эти редукторы могут иметь различное исполнение выходного конца вала. Выходной конец вала может быть цилиндрическим, коническим или иметь специальное исполнение в виде зубчатой полумуфты. В последнем случае выходной вал такого редуктора используют как одну из опор барабана (рис. 1.5) .
|
Барабаны лебедок, как правило, являются |
||
|
оригинальными элементами лебедок. Выбо- |
||
|
ром диаметра барабана обеспечивается со- |
||
|
гласование оборотов электродвигателя, пе- |
||
|
редаточного числа трансмиссии и заданной |
||
|
скорости подъема груза. Барабаны изготов- |
||
|
ляют сварными из листовой стали или вы- |
||
|
полняют литыми из чугуна и стали. Вари- |
||
|
анты конструктивного исполнения бараба- |
||
|
нов показаны на рис.1.5. Рабочую поверх- |
||
|
ность барабанов лебедок выполняют глад- |
||
|
кой при многослойной навивке каната, на- |
||
|
резной - при однослойной. Барабаны для |
||
|
однослойной навивки на них каната можно |
||
|
выполнять без реборд, при многослойной – |
||
|
наличие реборд |
обязательно. Высота ре- |
|
|
борды над последним слоем навитого кана- |
||
|
та должна быть не менее 2-х диаметров на- |
||
|
виваемого каната. Канаты при однослойной |
||
|
навивке обычно |
крепят на барабане с по- |
|
|
мощью прижимных планок. Планок должно |
||
|
быть не менее 2-х, и расстояние между ними |
||
|
должно быть не менее 6-и диаметров каната. |
||
|
Свободный конец за последней планкой |
||
|
должен быть длиной не менее двух диамет- |
||
|
ров каната. Канатоемкость барабана должна |
||
|
быть такой, чтобы на барабане всегда оста- |
||
Рис. 1.4. Чертеж лебедки с открытой зуб- |
вался запас каната длиной не менее 1,5 вит- |
||
ка для частичной разгрузки крепления кана- |
|||
чатой передачей |
|||
та от тягового усилия. При многослойной |
|||
|
|||
|
навивке крепление каната на барабане осу- |
||
ществляют с помощью клиновых коушей, которые размещают внутри барабана. |
|||
Ось барабана (цельную или составную) устанавливают в опорах на сферических (шариковых или роликовых) подшипниках качения, что позволяет компенсировать неточности монтажа и обеспечить необходимую долговечность подшипниковых узлов.
Толщина цилиндрической стенки барабана должна обеспечивать расчетную прочность. Ее уменьшение на 2 мм при эксплуатации требует ремонта или замены барабана.
7
Рис. 1.5. Чертежи вариантов исполнения барабанов лебедок
Крюковая подвеска является штатным грузозахватным устройством большинства грузоподъемных кранов. Крюковые обоймы выполняют в двух вариантах: обычном и укороченном. На рис. 1.6 показаны их кинематические схемы. При обычном (рис. 1.6, а) исполнении крюк 1 крепится в траверсе 2, которая в свою очередь соединяется щеками 3 с осью 4 подвижных блоков полиспаста. При таком исполнении применяют короткие крюки
(тип А).
При укороченном исполнении крюковой обоймы (рис. 1.6, б) на траверсе 2 размещают крюк 1 и блоки полиспаста. В таких крюковых обоймах применяют удлиненные крюки (тип Б).
|
На рис. 1.7 показаны сборочные чертежи обычной и |
|
|
укороченной крюковых обойм. Обойма состоит из крюка |
|
|
1, траверсы 2, упорного подшипника 3, подвижных блоков |
|
|
4, установленных на оси 5 на подшипниках качения 6. Тра- |
|
Рис. 1.6. Схемы крюковых |
верса 2 и ось 5 блоков соединены между собой щеками 7, |
|
через которые передается усилие с крюка на грузовы е ка- |
||
подвесок: а – обычное испол- |
||
наты. Блоки имеют боковое ограждение 8 и окружное 9 для |
||
нение; б - укороченное |
предотвращения выхода грузоподъемного каната из ручья |
|
|
||
|
блоков. Правила устройства и безопасности эксплуатации |
|
|
грузоподъемных кранов предписывают устанавливать ог- |
8
раждение так, чтобы зазор межу ограждением и ребордой блоков был не более 0,2 диаметра dк грузоподъемного каната. Правила обязывают применять в крюковых обоймах крюки, изготовленные в соответствии с ГОСТ 6627 или ГОСТ 6628. Приэтом крюки грузоподъемностью свыше 3 т должны быть установлены на упорных подшипниках качения. Гайка 10 крепления крюка для предотвращения самопроизвольного свинчивания должна быть укреплена стопорной планкой 11. Крюк должен легко поворачиваться в траверсе и не иметь осевого люфта.
Количество блоков в крюковой обойме зависит от кратности полиспаста, которую назначают исходя из требуемой грузоподъемности механизма.
а
б
Рис. 1.7. Чертежи вариантов исполнения крюковых подвесок:
а – обычное исполнение; б - укороченное
9
Конструкция лебедок строительных кранов развивается в двух направлениях. Одно из них ставит целью создание многоскоростных лебедок с электрическим приводом, что позволяет использовать краны как строительно-монтажные, так и погрузочно-разгрузочные.
Другое ставит целью создание компактных универсальных лебедок с гидравлическим приводом для мобильных кранов.
На рис. 1.8 представлен чертеж лебедки с двумя соосно расположенными двигателями, имеющими различную номинальную частоту вращения валов. Такие варианты позволяют получить две скорости перемещения груза при односкоростных двигателях переменного то-
|
ка. Применение многоскоростных двигате- |
||||
|
лей при такой схеме позволяет получить |
||||
|
достаточно |
большой |
диапазон скоростей |
||
|
подъема груза на кране. |
|
|
||
|
Различные скорости перемещения гру- |
||||
|
за можно также получить применением уст- |
||||
|
ройства перемены передач. На рис. 1.9 пока- |
||||
|
зана кинематическая схема лебедки с таким |
||||
|
устройством |
крана |
КБ-401. Переключе- |
||
|
ние передач в этом устройством возможно |
||||
|
только при |
заторможенном |
барабане 2 |
||
|
тормозом 3, |
так как при переключении |
раз- |
||
|
рывается кинематическая связь между бара- |
||||
|
баном и электродвигателем 1. Разрыв кине- |
||||
Рис. 1.8. Чертеж лебедки с двумя соосно распо- |
матической связи между электродвигателем |
||||
и барабаном Правилами ПБ10-382-00 |
не |
||||
ложенными двигателями |
допускается. |
Переключение |
передач в р е- |
||
|
дукторе производится |
включением специ- |
|||
|
ального электродвигателя 4, который через |
||||
червячную передачу 5 вращает винт 6, задавая перемещение каретке 7 с поводком 8. При этом поводок 8 перемещает блок шестерен 9 по шлицевому быстроходному валу первой ступени редуктора до ввода в зацепление с зубчатыми колесами первой ступени. Для исключения упора зубьев шестерни в зубья колеса предусмотрен механизм коррекции 10 углового положения блока шестерен 9. После входа в зацепление зубчатой пары первой ступени электродвигатель 4 автоматически отключается выключателем 11.
На рис. 1.10 показан чертеж специального трехступенчатого редуктора со снятой крышкой. Выходной конец вала 1 редуктора выполнен в виде зубчатой полумуфты 2 для соединения с барабаном. Быстроходный вал 3 первой ступени редуктора выполнен шлицевым. По нему может перемещаться блок шестерен 4, который поочередно входит в зацепление с зубчатыми колесами 5 или 6, расположенными на втором валу 7 редуктора. На этом же валу установлен тормозной шкив 8 лебедки.
Рис. 1.9. Кинематическая схема лебедки с механиче-
ским переключением на две скорости
10