книги / 57

2. МЕХАНИЗМЫ И ЭЛЕМЕНТЫ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН

2.1. Основные механизмы грузоподъемных машин

Функциональное назначение ГПМ заключается в перемещении груза из одной точки рабочего пространства в другую. Вполне очевидно, что для этого ГПМ должна иметь возможность перемещать груз по трем взаимно перпендикулярным направлениям, т.е. иметь три переносные степени подвижности грузозахватного органа (крюка). В стреловых кранах (рис. 16, а) это достигается механизмом подъема груза (МПГ), механизмом изменения вылета стрелы (МИВС) и механизмом поворота платформы (МПП). В мостовых кранах (рис. 16, б) три переносные степени подвижности крюка обеспечиваются механизмом подъема груза (МПГ), механизмом передвижения моста (МПМ) и механизмом передвижения грузовой тележки (МПГТ).

Рис. 16. Степени подвижности грузозахватногооргана: а– стрелового крана: 1 – стрела; б – мостового крана: 1 – грузовая тележка, 2 – мост

21

Хотя рассмотренные механизмы кранов выполняют различные функции, они содержат большое число одинаковых по назначению элементов. Более того, они имеют одинаковую структурную схему (рис. 17).

а

б

в

Рис. 17. Структурная схема: а – МПГ и МИВС: 1, 3 – тормоз, 2 – двигатель, 4, 6 – муфты, 5 – редуктор, 7 – барабан, 8 – грузовой (стреловой) полиспаст; б – МПП: 1 – тормоз, 2 – двигатель, 3, 5 – муфты, 4 – редуктор, 6 – шестерня, 7 – зубчатый венец опорноповоротного круга; в – МПМ и МПГТ: 1 – тормоз, 2 – двигатель,

3, 5 – муфты, 4 – редуктор; 6 – ходовое колесо; 7 – рельс

Двигатель преобразует электрическую или тепловую энергию в механическую работу вращающегося вала. В механизмах мостовых кранов используются электродвигатели. В механизмах самоходных стреловых кранов в качестве приводного двигателя

22

применяется двигатель внутреннего сгорания ходового устройства (например, шасси грузового автомобиля) в совокупности с различными видами передач (механической, гидравлической, электрической).

Муфты предназначены для соединения валов совместно работающих узлов. По своему назначению муфты подразделяются на соединительные, сцепные и предохранительные. Наиболее распространенными являются соединительные упругие втулочно-пальцевые и зубчатые муфты.

Тормоза в крановых механизмах имеют различное функциональное назначение. В МПГ и МИВС они используются для регулирования скорости перемещения груза и стрелы, их остановки и удержания в подвешенном состоянии; в МПМ – для остановки и удержания в неподвижном состоянии поворотной части крана; в механизмах передвижения (MПП и МПГТ) – для замедления движения до полной остановки на заданном тормозном пути. При этом применяются нормально замкнутые тормоза, автоматически размыкающиеся при включении двигателя механизма. По конструктивному исполнению рабочих элементов они подразделяются на колодочные, ленточные и дисковые.

Редуктор необходим для согласования двигателя и рабочего органа (барабана в МПГ и МИВС, шестерни в МПП, ходового колеса в МПМ и МПГТ) по частоте вращения и моменту. Применяются цилиндрические, червячные, червячно-цилиндри- ческие (комбинированные) редукторы, а также планетарные редукторы, которые встраиваются непосредственно в барабаны.

2.2.Элементы грузоподъемных машин

Кэлементам ГПМ относятся грузозахватные органы, стальные канаты, блоки, крюковые подвески, полиспасты.

Грузозахватный орган – это входящее в состав ГПМ устройство для подвешивания, захватывания груза. Наибольшее распространение получили грузовые крюки (рис. 18). Они бывают однорогими и двурогими. Изготовляются ковкой или штамповкой из низкоуглеродистой стали ст. 20.

23

Рис. 18. Крюки: а– однорогий: 1 – хвостовик, 2 – предохранительный замок, 3 – зев крюка; б – двурогий

Однорогие крюки оборудуются предохранительными замками (скобами), предотвращающими самопроизвольное выпадение из зева съемного грузозахватного приспособления. Размеры и параметры крюков стандартизованы.

Стальной канат – гибкий элемент, передающий усилие и механическое движение. Используется для преобразования вращательного движения барабана в поступательное движение груза, угловое движение стрелы, атакже вкачестве различных растяжек.

Канаты изготовляют из большого количества отдельных стальных проволок с повышенной прочностью и малой изгибной жесткостью.

В ГПМ применяются преимущественно канаты двойной свивки (рис. 19): сначала проволоки по слоям свиваются в пряди вокруг центральной проволоки, а затем пряди свиваются в канат вокруг сердечника. Сердечники могут быть стальными, асбестовыми и пеньковыми.

Канаты с мягким (пеньковым или асбестовым) сердечником более гибки, чем канаты с жестким (стальным) сердечником, и лучше удерживают смазку, так как смазка к проволокам поступает не только снаружи (канат в процессе эксплуатации регулярно смазывают), но и изнутри сердечника, пропитанного смазкой.

24

Рис. 19. Конструкция стального каната двойной свивки

По способу свивки стальные канаты подразделяются на канаты односторонней свивки и канаты крестовой свивки. В канатах односторонней свивки направление навивки проволок в прядях

ипрядей в канате одно и то же, в канатах крестовой свивки – противоположное.

По типу свивки прядей различают канаты: ТК – с точечным касанием проволок между слоями; ЛК – с линейным касанием проволок между слоями; ЛК-О – с линейным касанием проволок между слоями при одинаковом диаметре проволок по слоям пряди; ЛК-Р – с линейным касанием проволок между слоями при разных диаметрах проволок в наружном слое пряди; ЛК-РО – с линейным касанием проволок между слоями, имеющие в пряди слои с проволоками разных диаметров и слои с проволоками одинакового диаметра.

Канаты с линейным касанием проволок в прядях гибче

идолговечнее канатов с точечным касанием проволок.

Канаты односторонней свивки имеют более ровную поверхность и более полное заполнение площади поперечного сечения, однако склонны к раскручиванию под действием растягивающей нагрузки.

25

Указанные свойства учитывают при выборе канатов для конкретных ГПМ. Например, в автомобильных кранах применяют стальные канаты двойной свивки с линейным касанием проволок в прядях типа ЛК-Р, состоящие из шести прядей с числом проволок в каждой пряди 19 и одним органическим сердечником (ГОСТ 2688–80).

Рис. 20. Способыкрепленияканата кбарабану: а– спомощьюклина: 1 – канат, 2 – клин, 3 – барабан; б – накладными планками: 1 – канат, 2 – накладные планки, 3 – барабан

Концы канатов должны быть надежно закреплены на соответствующих деталях ГПМ. К барабану канат крепится с помощью клина, прижимающего канат к стенкам барабана (рис. 20, а), или посредством накладных планок, прижимающих канат болтами к поверхности барабана (рис. 20, б). К металлоконструкциям и другим деталям ГПМ конец каната крепится петлей на стальном коуше (рис. 21, а), клиновой или конусной втулкой (рис. 21, б, в).

Блоки служат для изменения направления движения каната. По своему функциональному назначению подразделяются на направляющие, отклоняющие, поддерживающие, уравнительные.

26

Рис. 21. Способыкрепленияконцовканата: а– накоуше: 1 – обмотка,

2– канат, 3 – стальной коуш, 4 – сжимы; б – в клиновой втулке:

1– втулка, 2 – клин, 3 – обмотка, 4 – канат; в – в конусной втулке: 1 – втулка, 2 – заливка (свинец, цинк), 3 – обмотка, 4 – канат

Блоки изготовляют литьем из чугуна или стали. Применяются также канатные блоки, выполненные сваркой или

подвеске монтируются на неподвижной оси 4 и подшипниках качения 2. Траверса, ось блоков, гайка хвостовика фиксируются

27

стопорными планками. Вукороченной подвеске крюк установлен непосредственнонаосиблоков.

Полиспаст – это система, состоящая из подвижных и неподвижных блоков, огибаемых канатом (рис. 24, 25). Блок, ось которого перемещается в пространстве, называется подвижным, а блок, ось которого не перемещается в пространстве, – неподвижным.

Различают грузовые и стреловые полиспасты. Грузовой полиспаст входит в состав МПГ, а стреловой – в МИВС. В грузовом полиспасте подвижные блоки расположены в крюковой подвеске, а неподвижные установлены в головке стрелы. В стреловом полиспасте подвижные блоки связаны со стрелой, а неподвижные закреплены на специальной опорной конструкции, называемой порталом.

В ГПМ используются силовые полиспасты, позволяющие получить выигрыш в силе: уменьшить натяжение каната, навиваемого на

барабан, а следовательно, и требуемый крутящий момент на барабане. Проигрыш в расстоянии (согласно золотому правилу механики) здесь выражается в увеличении длины (линейной скорости) каната, навиваемого на барабан, по сравнению с перемещением (линейной скоростью) подвижных блоков. Однако этот проигрыш оказывается полезным, так как позволяет уменьшить потребное передаточное число редуктора, снизитьеговес.

28

Грузовые полиспасты могут быть одинарными и сдвоенными. В одинарных полиспастах (рис. 24, а) один конец каната 1 закреплен на барабане 2, а другой – на неподвижной части конструкции 3 ГПМ или на крюковой подвеске. Барабан имеет одностороннюю нарезку канавок 4 под канат. В сдвоенных полиспастах (рис. 24, б) оба конца каната 1 закреплены на барабане 2. Неподвижный блок 3 играет роль уравнительного блока, выравнивающего усилия в ветвях огибающего его каната. Барабан имеет две встречные нарезки канавок 4. Сдвоенный полиспаст можно рассматривать как состоящий из двух параллельно работающих одинарных полиспастов.

а б

Рис. 24. Полиспасты: а – одинарный: 1 – канат, 2 – барабан, 3 – неподвижная часть конструкции ГПМ, 4 – нарезка барабана; б– сдвоенный: 1 – канат, 2 – барабан, 3 – уравнительный блок, 4 – встречная нарезка барабана

Недостатком одинарных полиспастов является неравномерное изменение нагрузки на опоры барабана при подъеме и опускании груза, что приводит к неравномерному износу подшипников. Одинарные полиспасты используются в стреловых кранах, а сдвоенные – в мостовых.

29

Основной характеристикой полиспаста является кратность. Она показывает, во сколько раз натяжение каната меньше веса поднимаемого груза. Если предположить, что потери на трение в осях блоков и потери, обусловленные изгибной жесткостью каната, отсутствуют (т.е. полиспаст является идеальным), то сила веса груза будет равномерно распределяться по всем ветвям каната (см. рис. 24, а). Поэтому в любой ветви каната, а следовательно, и в канате в целом растягивающее усилие будет меньше веса поднимаемого груза в а раз, где а – количество ветвей каната, на которых подвешен груз.

Длина каната L одинарного полиспаста, наматываемого на барабан, при высоте подъема груза h и кратности полиспаста Uп рассчитывается по формуле

L = Uп ·h.

Рис. 25. Полиспасты

Вобщем случае кратность полиспаста (одинарного или сдвоенного) определяется отношением числа ветвей каната, на которых подвешен груз, к числу ветвей, наматываемых на барабан.

Вреальном полиспасте максимальное натяжение каната

Smax = Gгр / aηп,

где Gгр – вес поднимаемого груза; а – кратность полиспаста; ηп – КПД полиспаста.

30