ГЛАВА 6. МЕХАНИЗМ ВЕРТИКАЛЬНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

Механизмы грузоподъемных машин.

ГПМ могут содержать следующие механизмы:

1)механизм вертикального перемещения (механизм подъема груза);

2)механизм горизонтального перемещения;

3)механизм поворота;

4)механизм изменения вылета стрелы.

Глава 6. Механизм вертикального перемещения (механизм подъема груза).

Механизм вертикального перемещения для простоты и ясности ниже будем называть механизмом подъема груза.

§1. Общие сведения.

Различают механизмы подъема с жестким захватом груза и с гибким подвесом груза.

Достоинства механизмов подъема с жестким захватом груза.

1.Автоматические захват и освобождение груза (отсутствие такелажных операций).

2.При горизонтальном перемещении груз не раскачивается, что позволяет

уменьшить время разгона и торможения и увеличить скорость перемещения. Указанные достоинства повышают производительность.

Главный недостаток - небольшая высота подъема груза. Для ее увеличения применяют телескопические цилиндры.

Механизмы подъема с гибким подвесом груза распространены значительно

шире.

Достоинства механизмов подъема с гибким подвесом груза.

1.Способны обеспечить большую высоту подъема.

2.Канат, являясь упругим элементом, смягчает толчки нагрузки.

3.Механизмы комплектуют, в основном, из стандартных и нормализованных элементов (не относится к талям): электродвигатель, муфта, тормоз, редуктор, канат. Проектируют канатный барабан, иногда муфту с тормозным шкивом.

Вмеханизмах подъема применяют электро -, гидро -, пневмо - и ручной приводы. При использовании в качестве двигателя гидро- и пневмоцилиндров для увеличения высоты подъема применяют скоростные полиспасты. Наибольшее распространение получил электропривод.

Таким образом, наиболее распространены механизмы подъема с гибким подвесом груза и приводом от электродвигателя.

§2. Основные схемы механизмов подъема с гибким подвесом груза и приводом от электродвигателя.

1. Механизмы с зубчатым цилиндрическим редуктором.

1.1 Канатный барабан установлен консольно на тихоходном валу редуктора.

Такую конструкцию (рис.6.1) рекомендуют при Lб ≤ Dб, где Lб и Dб – длина и диаметр канатного барабана соответственно.

Рис.6.1. 1 – электродвигатель; 2 – муфта; 3 – тормоз; 4 – редуктор; 5 – канатный барабан.

Развернутая схема 1) имеет наибольший размер l; в схемах 2)…5) размер l меньше.

Схему 2) применяют, если размеры тормоза и канатного барабана позволяют разместить их с одной стороны редуктора. Эту схему применяют и при сдвоенных полиспастах. Для этого случая второй барабан показан пунктиром справа от редуктора.

Схемы 3)…5) применяют, когда нужно уменьшить размер l, но размеры тормоза и канатного барабана не позволяют разместить их с одной стороны редуктора.

Всхеме 3) быстроходный вал редуктора имеет двухсторонний выход. На правом конце этого вала установлен тормоз.

Всхеме 4) вал электродвигателя имеет двухсторонний выход. На левом конце вала электродвигателя установлен тормоз.

Схемы 3) и 4) применяют также, когда диаметр муфты велик и невозможно разместить муфту внутри тормозного шкива.

Всхеме 5) применен электродвигатель со встроенным тормозом. В схемах

4)и 5) электродвигатель с редуктором соединяют только зубчатой муфтой. Схемы 4)и 5) применяют и при сдвоенных полиспастах. Для этого случая

второй барабан показан пунктиром справа от редуктора.

1.2 Канатный барабан установлен на двух опорах .

Такую конструкцию (рис.6.2) рекомендуют при Lб >Dб. В развернутой схеме 1) тихоходный вал редуктора 4 соединяют с валом канатного барабана 5

Рис.6.2. 1 – электродвигатель; 2 – муфта; 3 – тормоз; 4 – редуктор; 5 – канатный барабан; 6-зубчатая муфта;7-тихоходный вал

редуктора;8-полумуфта с внешними зубьями;9-полумуфта с внутренними зубьями.

Тихоходный вал 7 редуктора соединен с канатным барабаном 5 зубчатой муфтой. Полумуфта 8 на тихоходном валу редуктора выполнена с внешними зубьями, а полумуфта 9 на канатном барабане – с внутренними зубьями. Такая конструкция компактна. Один из возможных вариантов этой конструкции представлен на рис. 6.3 . Шайба 10 предотвращает перекос наружного кольца при монтаже подшипника в отверстие вала редуктора.

Рис.6.3.

Развернутые схемы 1 и 2 по конструкции и применяемости аналогичны схеме 1 на рис. 6.1 с консольным барабаном, а схемы 3 … 6 - соответственно схемам 2 … 5 на рис.6.1.

2. Схемы с зубчатым коническо-цилиндрическим редуктором и с червячным глобоидным редуктором.

Эти схемы (рис.6.4) удобны при размещении механизма подъема на стреле крана. Канатный Барабан устанавливают обычно консольно на тихоходный вал

редуктора, но он может быть установлен и на двух опорах. Число барабанов обычно два, но может быть и один.

Рис.6.4.

Следует применять, по-возможности, более простую конструкцию с канатным барабаном, установленным консольно на тихоходном валу редуктора.

§3.Некоторые элементы механизма подъема.

1.Канаты.

ВГПМ применяют, главным образом, стальные проволочные канаты

(рис.6.5).

Рис.6.5.

Применяют, в основном, канаты двойной свивки: сначала проволоки

свивают в прядь вокруг центральной проволоки, а затем пряди свивают в канат вокруг сердечника. Наиболее распространены канаты из шести прядей с числом проволок в одной пряди 19 или 37.

Сердечники бывают органические и металлические. Органические сердечники (рис.6.5, б, в, г) изготавливают из пеньки, капрона, нейлона. Металлический сердечник – это отдельная стальная прядь или стальной канат двойной свивки (рис. 6.5, а). Для работы при высоких температурах помимо металлических применяют также сердечники из асбеста.

Изготавливают канаты с точечным контактом между проволоками различных слоев пряди – ТК (рис.6.6,а) и с линейным контактом - ЛК (рис. 6.6,б).

Рис.6.6.

Канаты ЛК более гибкие, износостойкие и долговечные, при одинаковой прочности имеют меньший диаметр dк, поэтому получили наибольшее применение.

Канаты ЛК имеют разновидности (рис.6.5):

1)ЛК-О – в отдельно взятом слое пряди все поволоки имеют одинаковый диаметр (рис.6.5,а);

2)ЛК-Р – в наружном слое пряди проволоки двух различных диаметров через одну (рис.6.5,б);

3)ЛК-РО – в одних слоях пряди все проволоки имеют одинаковый диаметр, а в других – проволоки двух различных диаметров через одну (рис.6.5,в);

4)ЛК-З – между двумя слоями поволок одинакового диаметра размещены заполняющие проволоки меньшего диаметра (рис.6.5,г).

Примеры обозначения конструкций канатов с линейным контактом.

Пример 1. ЛК-О 6 × 19 + 1ос:

6прядей, в каждой пряди 19 поволок, 1ос – органический сердечник. Пример 2. ЛК-РО 6 × 37 + 7 × 7:

6 прядей, в каждой пряди 37 проволок, 7 × 7 – сердечник металлический, представляет собой канат двойной свивки, состоит из 7 прядей: одна – центральная, и шестьвокруг нее, в каждой пряди 7 проволок: одна – центральная, и шесть – вокруг нее.

Выбор диаметра каната.

При работе каната поволоки находятся в сложном напряженном состоянии. Происходит также изнашивание проволок. Ввиду сложности теоретического расчета канат выбирают по условию

где Fразр – сила, при которой разрушается канат; для каждого диаметра каната она приведена в ГОСТ;

k – коэффициент запаса прочности, зависящий от типа ГПМ, степени ответственности и группы режима работы механизма;

Fmax – максимальная сила натяжения каната (см. раздел 4 данного параграфа).

2. Грузозахватные устройства.

Грузозахватные устройства бывают универсальные (крюки, петли) и специальные.

Специальные захватные устройства (ЗУ) - клещевые, магнитные, вакуумные захваты и др. В технологических ГПМ их применяют редко, но широко применяют в роботах и манипуляторах.

Крюки (рис.6.7, 6.8) наиболее распространены. Классификация крюков.

1.По конструкции: однорогие и двурогие.

2.По технологии изготовления.

2.1. Штампованные или кованые (рис.6.7).

2.2. Пластинчатые составные (рис.6.8).

Рис. 6.7.

Рис.6.8.

Штампованные крюки применяют при небольшой грузоподъемности, при большей – кованые, пластинчатые - при очень большой грузоподъемности.

Крюки не рассчитывают, а выбирают по ГОСТ в зависимости от грузоподъемности.

Петли бывают цельнокованые (рис.6.9,а) и составные (рис.6.9,б); их рассчитывают. В технологических ГПМ петли применяют редко.

а) б)

Рис.6.9.Петли: а – цельнокованая; б – составная.

3. Крюковые подвески.

Крюковые подвески служат для соединения крюка с канатом. Подвески бывают нормальные (рис.6.10) и укороченные (рис.6.11). Укороченные подвески применяют только при четной кратности полиспаста (т.е. при а=2,4,6….).

Расчет элементов крюковой подвески.

Траверсу проверяют на изгиб, цапфы траверсы и ось блока – на изгиб, а также на смятие в местах контакта с щитками, щитки – на смятие в местах контакта с осью блока и цапфой траверсы, а также на растяжение в зоне отверстия под цапфу траверсы.

Радиальные подшипники блоков рассчитывают на долговечность. Упорный подшипник подбирают по диаметру шейки крюка, а затем проверяют по статической грузоподъемности по условию

Соa ³ 1,5 FQ

где Cоa – базовая осевая статическая грузоподъемность упорного подшипника по каталогу.

Рис.6.10. Нормальная крюковая подвеска: 1– крюк; 2 – траверса; 3 – упорный подшипник; 4 – гайка; 5 – щиток; 6 – блок; 7 – ось блока; 8 – подшипник; 9 – кожух.

Рис. 6. 11. Укороченная крюковая подвеска.

4. Полиспасты.

Полиспаст – система подвижных и неподвижных блоков, огибаемых канатом. Полиспасты бывают силовые и скоростные.

Введем обозначения.

m – число полиспастов - число ветвей каната, наматываемых на барабан (или на барабаны, если барабанов два).При m=1 полиспаст называют одинарными. При m=2 – сдвоенными.

a – кратность полиспаста –отношение скорости выходного звена механизма к скорости перемещения груза. Для силовых полиспастов кратность численно равна

числу nпер перерезов ветвей каната между подвижным(подвижными) и

неподвижным(неподвижными) блоками в одном полиспасте ,т.е. a = nпер .В ГПМ кратность силовых полиспастов численно нагляднее определять как число ветвей