Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Курс лекций по ПТМ (2025).pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
09.02.2026
Размер:
4.33 Mб
Скачать

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана

(национальный исследовательский университет)» (МГТУ им. Н.Э. Баумана)

ФАКУЛЬТЕТ РОБОТОТЕХНИКА И КОМПЛЕКСНАЯ АВТОМАТИЗАЦИЯ ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ МАШИН

Курс лекций по дисциплине «Подъёмно-транспортные машины»

Москва, 2025

Версия 0.3.6

Оглавление

I

Технологические грузоподъёмные машины

7

1 Обзор конструкций грузоподъемных машин

8

 

1.1

Грузоподъемные машины с гибким подвесом груза . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

 

 

1.1.1 Тали . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

 

 

1.1.2

Стационарные поворотные краны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

 

 

 

Настенные поворотные краны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

 

 

 

Краны с вращающейся колонной . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11

 

 

 

Краны на неподвижной колонне . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11

 

 

1.1.3

Краны мостового типа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12

 

 

 

Однобалочные краны с электроталью . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12

 

 

 

Электрические мостовые краны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

13

 

 

 

Козловые и полукозловые краны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

13

 

1.2

Грузоподъемные машины с жестким захватом груза . . . . . . . . . . . . . . . . .

13

2

Характеристики грузоподъемных машин.

15

2.1Основные параметры грузоподъемных машин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.2Показатели использования грузоподъемных машин . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.3

Расчетные нагрузки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

23

2.4

Производительность грузоподъемных машин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

23

3 Привод грузоподъемных машин

24

3.1

Электропривод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

24

3.2

Гидропривод и пневмопривод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

26

3.3

Гидропривод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

26

 

3.3.1

Гидродвигатели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

26

 

 

Гидроцилиндры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

26

 

 

Гидродвигатели поворотные . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

28

 

 

Гидромоторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

28

 

3.3.2

Гидронасос . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

28

3.3.3Электродвигатель гидронасоса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3.4

Пневмопривод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

29

3.5

Ручной привод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

29

4 Тормозные устройства

30

4.1

Классификация тормозных устройств . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

30

4.2

Колодочные тормоза . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

31

 

4.2.1

Колодочные тормоза с электромагнитами . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

31

 

 

Регулировки тормоза . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

32

 

4.2.2

Колодочные тормоза с электромагнитами . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

34

 

 

Регулировки тормоза . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

35

 

 

Определение силы, замыкающей колодочный тормоз . . . . . . . . . . . . .

35

2

Оглавление

4.2.3Тормоза с осевым замыканием . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

5

Уравнение неустановившегося движения. Определение времени разгона (пус-

 

 

ка) и торможения

39

 

5.1

Процесс пуска . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

39

 

5.2

Процесс торможения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

44

6

Механизмы грузоподъемных машин. Механизм вертикального перемещения

 

 

(механизм подъема груза)

45

 

6.1

Общие сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

45

 

6.2

Основные схемы механизмов подъема с гибким подвесом груза и приводом от элек-

 

 

 

тродвигателя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

46

6.2.1Механизмы с зубчатым цилиндрическим редуктором . . . . . . . . . . . . . 46 Канатный барабан установлен консольно на тихоходном валу редуктора . 46 Канатный барабан установлен на двух опорах . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

6.2.2Схемы с зубчатым коническо-цилиндрическим редуктором и с червячным

глобоидным редуктором . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

48

6.3 Некоторые элементы механизма подъема . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

49

6.3.1 Канаты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

49

Примеры обозначения конструкций канатов с линейным контактом . . . .

50

Выбор диаметра каната . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

50

6.3.2Грузозахватные устройства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

6.3.3Крюковые подвески . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

Расчет элементов крюковой подвески . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

6.3.4Полиспасты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

6.3.5 Блоки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

55

6.3.6Канатные барабаны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

Толщина стенки барабана . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

56

6.4 Расчет и выбор основных элементов механизма подъема . . . . . . . . . . . . . . .

58

6.4.1 Исходные данные . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

58

6.4.2Электродвигатель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

6.4.3

Редуктор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

59

 

Тип редуктора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

59

6.4.4

Тормоз . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

61

 

Тип тормоза . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

61

6.4.5

Муфты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

62

 

Муфта между электродвигателем и редуктором . . . . . . . . . . . . . . . .

62

 

Муфта между редуктором и канатным барабаном . . . . . . . . . . . . . .

62

7 Механизмы грузоподъемных машин. Механизм горизонтального перемещения

 

(механизм передвижения)

63

7.1 Основные схемы механизмов передвижения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

63

7.1.1

Краны мостового типа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

63

7.1.2Двухрельсовые тележки мостовых кранов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

7.1.3Однорельсовые тележки электроталей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

7.1.4Подвесные поворотные краны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

7.2 Ходовые колеса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

7.3Сопротивление передвижению . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 7.3.1 Момент трения в опорах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

7.3.2Момент трения качения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

7.3.3Полный момент трения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

3

Оглавление

7.3.4Сила сопротивления передвижению . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

7.4 Расчет и выбор основных элементов механизма передвижения . . . . . . . . . . .

69

7.4.1 Исходные данные . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

69

7.4.2Электродвигатель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

 

 

Предварительный выбор мощности электродвигателя . . . . . . . . . . . .

69

 

 

Корректировка предварительного расчета . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

70

 

7.4.3

Редуктор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

71

 

7.4.4

Тормоз . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

72

 

7.4.5

Муфты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

72

8 Механизмы грузоподъемных машин. Механизм поворота

73

8.1

Исходные данные для проектирования механизма поворота . . . . . . . . . . . . .

73

8.2

Примеры схем механизмов поворота . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

74

8.3

Опорные узлы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

75

 

8.3.1

Реакции в опорах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

75

8.3.2Конструкции опорных узлов крана . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

8.3.3 Расчет подшипников крановых опор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

78

8.4 Момент сопротивления повороту грузоподъемной машины . . . . . . . . . . . . .

79

8.4.1Краны с двумя радиальными и одним упорным подшипниками . . . . . . . 79

8.4.2Краны на неподвижной колонне, если нижняя опора выполнена в виде ро-

ликов (катков), катящихся по колонне . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

79

8.5 Расчет и выбор основных элементов механизма поворота . . . . . . . . . . . . . .

80

8.5.1Электродвигатель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 Предварительный выбор мощности двигателя . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

 

Корректировка предварительного расчета . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

82

8.5.2

Редуктор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

83

8.5.3

Тормоз . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

84

8.5.4Муфта соединительная между электродвигателем и редуктором . . . . . . 84

8.5.5 Предохранительная муфта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

9 Металлические конструкции грузоподъемных машин

86

9.1Типы металлоконструкций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 9.1.1 Металлоконструкции балочного типа (балки) . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

9.1.2 Металлоконструкции ферменного типа (фермы) . . . . . . . . . . . . . . .

88

Основные правила конструирования ферм . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

89

9.1.3 Металлоконструкции смешанного типа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

9.2Основные правила проектирования металлоконструкций . . . . . . . . . . . . . . . 90

9.3 Материалы и сортамент . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

II Транспортирующие машины

94

10 Транспортирующие машины непрерывного транспортирования

95

10.1 Транспортирующие машины непрерывного транспортирования с гибким тяговым

 

элементом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

95

10.1.1Ленточные конвейеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 Основные элементы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

10.1.2Цепной конвейер . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 Формулы для подбора цепи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

10.2Типы цепных конвейеров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

10.2.1 Пластинчатые . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

4

Оглавление

Подвесные конвейеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 Тележечные конвейеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 Скребковый конвейер . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 Ковшовые конвейеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

10.2.2Мощность электродвигателя для машин с гибким тяговым элементом . . . 109

10.3Транспортирующие машины непрерывного транспортирования без гибкого тягового элемента . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

10.3.1Вибрационные и винтовые конвейеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

Вибрационные конвейеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

109

Винтовые конвейеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

111

10.3.2Штанговые и шаговые конвейеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 Штанговые конвейеры с собачками . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 Штанговые конвейеры с флажками . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 Штанговый цепной конвейер . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 Шаговые конвейеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

10.4Производительность транспортирующих машин непрерывного транспортирования 115

10.4.1Объёмная производительность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

При транспортировке сыпучих грузов непрерывным потоком . . . . . . . .

115

При перемещении сыпучих грузов в отдельных емкостях . . . . . . . . . .

115

10.4.2Штучная производительность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

10.4.3Весовая производительность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

При транспортировании сыпучих грузов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

116

При транспортировании штучных грузов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

116

10.5 Транспортирующие устройства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

116

10.5.1Гравитационные транспортирующие устройства . . . . . . . . . . . . . . . . 116

10.5.2Рольганги . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

11 Транспортирующие машины периодического транспортирования

119

11.1 Автоматические колёсные транспортёрные тележки . . . . . . . . . . . . . . . . .

119

11.1.1 Общие сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

11.2Автоматические колёсные транспортёрные тележки с фотоэлектрической систе-

мой управления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

11.3Автоматические колёсные транспортёрные тележки с электромагнитной системой управления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

III Промышленные роботы

123

12 Промышленные роботы

124

12.1Основные понятия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

12.2Структурная схема робототехнического комплекса . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

12.3Компоновочные схемы механической системы робота . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

12.4 Основные параметры механической системы робота . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

12.5Привод механической системы робота . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 12.5.1 Пневмопривод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

Пневмодвигатель поворотный поршневой . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

128

Пневмодвигатели поворотные лопастные . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

128

Пневмоцилиндры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

128

12.5.2Гидропривод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

12.5.3Электропривод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

12.6Передаточные механизма механической системы робота . . . . . . . . . . . . . . . 131

5

Оглавление

12.6.1

Зубчатые цилиндрические передачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

131

12.6.2

Зубчатые конические передачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

131

12.6.3

Червячные передачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

131

12.6.4

Волновые передачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

132

12.6.5

Цепные передачи и передачи зубчато-ременные . . . . . . . . . . . . . . . .

132

12.6.6

Зубчатые передачи рейка–колесо, а также рычажные передачи . . . . . .

132

12.6.7 Передачи «винт-гайка» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

12.7Примеры кинематических схем некоторых механизмов механической системы робота133

12.7.1 Механизмы поворота . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

12.7.2Механизмы качания руки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

12.7.3Механизм выдвижения руки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

12.7.4Механизмы вертикального перемещения (механизм подъёма) . . . . . . . . 134

12.7.5Механизмы ломающейся руки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

12.8Захватные устройства промышленного робота . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

12.8.1Механические захватные устройств . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

12.8.2Магнитные захватные устройств . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

12.8.3Вакуумные захватные устройств . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

12.8.4Захватные устройств с эластичными камерами . . . . . . . . . . . . . . . . 137

12.8.5Пневмопривод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

12.8.6Гидропривод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

12.8.7Электропривод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

12.8.8

Неуправляемые . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

139

12.8.9

Командные захватные устройств . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

139

12.8.10Жесткопрограммируемые захватные устройств . . . . . . . . . . . . . . . . 139

12.8.11Адаптивные захватные устройств . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

13 Примеры применения робототехнических комплексов в машиностроении

140

13.1Робототехнический комплекс по механической обработки (токарный) . . . . . . . 140

13.1.1Робототехнический комплекс с напольным роботом . . . . . . . . . . . . . . 140

13.1.2Робототехнический комплекс с портальным роботом . . . . . . . . . . . . . 141

13.2Робототехнический комплекс для термической обработки . . . . . . . . . . . . . . 141

13.3 Пример организации участка цеха с применением робототехнического комплекса

142

14 Численные расчёты

143

14.1Определение ускорений, скоростей и времени выполнения основных движений . . 143

14.2Выбор двигателя для робота . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145

14.2.1Определение силы, необходимой для прямолинейного движения груза . . . 145

14.2.2Определение момента, необходимого для перемещения груза . . . . . . . . 146

14.3 Выбор типа и размера двигателя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

14.3.1Пневмо и гидроцилиндры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

14.3.2Поворотные лопастные пневмо- и гидродвигатели . . . . . . . . . . . . . . . 149

14.3.3Выбор электродвигателя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

Рекомендуемая литература

151

6

Часть I

Технологические грузоподъёмные машины

7

Глава 1

Обзор конструкций грузоподъемных машин

Различают две группы грузоподъемных машин ( ГПМ): машины с гибким подвесом груза

и машины с жестким захватом груза.

1.1Грузоподъемные машины с гибким подвесом груза

Достоинства

1.Возможность подъема груза на очень большую высоту.

2.В качестве гибкого грузового элемента применяют стальные проволочные канаты. Канат, являясь упругим элементом, смягчает толчки нагрузки.

3.Механизм подъема груза можно комплектовать, в значительной мере, из стандартных и нормализованных элементов.

Недостатки

1.Необходимость такелажных операций (зачаливание и расчаливание груза).

2.При горизонтальном перемещении груз раскачивается на канате, следовательно, необходимы увеличение времени разгона и торможения и снижение скорости перемещения.

3.Отмеченные недостатки снижают производительность.

Такелажные работы – это комплекс мероприятий, включающий погрузку, разгрузку, перемещение и удержание тяжеловесных и крупногабаритных грузов с использованием специального оборудования.

1.1.1Тали

Тали — компактные лебедки с ручным или электрическим ( электротали, тельферы ) приводом.

Тали бывают стационарные или перемещающиеся на тележке по подвесной двутавровой балке. Тали используют в качестве самостоятельных ГПМ или как элемент более сложной машины, например, кран-балки.

На рис. 1.1 представлен один из вариантов конструкции тали.

8