Подъемно-транспортные машины. Лабораторный практикум

Министерство образования и науки Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

Автомобильно-дорожный факультет

Кафедра наземных транспортно-технологических машин

ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНЫЕ МАШИНЫ

Лабораторный практикум

Санкт-Петербург

2015

1

УДК 621.873 (031)

Рецензент д-р техн. наук, профессор В. Н. Добромиров (СПбГАСУ)

Подъемно-транспортные машины: лабораторный практикум /

сост.В.И.Алейник, В.В.Тихомиров;СПбГАСУ.–СПб.,2015.–14с.

Изложены методы расчетного и экспериментального исследования работы электрической тали и ее конструкции.

Предназначены к выполнению лабораторных работ по дисциплинам: «Строительные машины», «Грузоподъемные машины» для студентов направления подготовки 270800.62 – строительство и специальности 190109.65 – наземные транспортно-технологические средства.

Ил. 3. Библиогр.: 5 назв.

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, 2015

2

Цель работы – изучение конструкции, принципа действия и освоение методики расчета подъемно-транспортного устройства – электрической тали.

Практическое освоение методики расчета электрической тали построено на определении основных технических характеристик электрическойтали.Исходныеданныедлярасчета–параметрыэлек- трической тали, получаемые при ее осмотре и технических измерениях деталей.

ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОТАЛИ

Таль – это компактная подъемная лебедка, которая может осуществлять подъем расположенного под ней груза, подтягивая его к себе снизу вверх. Благодаря универсальности и большому многообразию конструкций и технических параметров тали широко применяются в промышленности, складском хозяйстве, строительстве, на транспорте, на сельскохозяйственных предприятиях.

Прирассмотрениивсегоразнообразияконструкцийследуетучитывать различные классификационные признаки талей.

По подвижности тали бывают стационарные и передвижные. Причемпоследниевстречаютсязначительночащестационарных,так как, в отличие от последних, передвижные могут не только поднимать и опускать груз, но и перемещать его по горизонтали. В качествемонорельсовогопутиздесьиспользуетсядвутавроваябалкабольшого сечения (высота профиля до 45 см). Если эта балка подвижная, электрическая таль принадлежит крану как его составная часть. Это имеетместо,например, вслучаеконсольногокрана,кран-балки, легкого козлового крана.

По наличию электропривода в механизме подъема различают ручные и электрические тали. Электрическую таль часто называют тельфером. Из-за низкой производительности ручные тали встречаются довольно редко и используются как вспомогательное средство механизации. Обычно в электрических талях устанавливаются трехфазные асинхронные двигатели. В талях небольшой грузоподъемности (до 1000 кг включительно) могут применяться однофазные дви-

3

гатели переменного тока. Механизм передвижения, как и механизм подъема, как правило, оснащен электродвигателем, правда, на порядок менее мощным, чем у механизма подъема. Ротор электродвигателя передает вращение ходовым колесам через закрытый цилиндрическийредукториоткрытуюпрямозубуюпередачу. Иногдавпередвижной электрической тали малой грузоподъемности и с малой высотой подъема может отсутствовать электрический привод механизма передвижения. В этом случае рабочий передвигает таль по монорельсу, потянув руками за крюк. Если ручная таль оснащена приводнойтележкой,томускульнаясиларукприкладываетсякведущей звездочке открытой цилиндрической передачи тележки посредством бесконечной круглозвенной цепи, накинутой на звездочку.

Взависимости от регулирования скорости возможны четыре варианта исполнения электроприводов механизмов подъема и передвижения: с односкоростным электродвигателем (базовое исполнение);сдвухскоростнымэлектродвигателем;совспомогательнымэлектродвигателем для получения малой скорости; с частотно-регулиру- емым электроприводом. Минимальная скорость отличается от номинальной в несколько раз (от трех до десяти раз).

Управление электрической талью осуществляется с помощью кнопочного пульта, соединенного с ней кабелем (базовый вариант) или по радиоканалу (опция).

Вприводе механизма подъема устанавливается двухили трехступенчатый планетарный редуктор или обычный цилиндрический редуктор с неподвижнымиосямивалов. В ручныхталях вмеханизме подъема иногда встречается червячная передача. По компоновке взаимного расположения барабана, электродвигателя и редуктора возможны следующие варианты: барабан расположен между электродвигателем и редуктором (наиболее популярный вариант); внутри барабана находится электродвигатель; внутри барабана находится редуктор. В некоторых конструкциях встречается поперечное расположение оси барабана относительно направления движения ходовой тележки. Такое решение позволяет уменьшить продольный габаритный размер тали.

Поконструкциитокоподводапередвижнаятальможетполучать электроэнергиюиличерезскользящиеконтакты-троллеи,илипогиб- кому кабелю, подвешенному на подвижных каретках к специально-

му рельсу (наподобие крепления оконных штор).

4

По виду гибкого тягового органа электрические тали бывают цепные и канатные. Ручные таливсегда толькоцепные. Цепные тали по сравнению с канатными имеют более простую конструкцию именьшуюцену. Ихгрузоподъемность непревышает5000кг.Канатные тали обеспечивают более высокую производительность за счет больших рабочих скоростей. Они менее шумные и более долговечные при интенсивном режиме эксплуатации. Простота конструкции цепной тали связана с отсутствием барабана. Вместо барабана и связанных с ним деталей (крепление каната, канатоукладчик, подшипники) там имеется компактная, часто пятизубая звездочка привода круглозвенной грузовой цепи. Приподъемекрюка в крайнее верхнее положение длинный свободный конец цепи укладывается в пластмассовом или металлическом коробе (корзине).

По взаимному расположению механизма подъема и тележки различают тали с нормальной габаритной высотой и тали с уменьшенной строительной высотой. В обычном исполнении механизм подъема тали подвешен к тележке снизу. Если же таль рассчитана на эксплуатацию в помещении с низким потолком, то барабан со своим приводом расположен с одной стороны от монорельса. С противоположной стороны на двух консолях подвешен противовес, уравновешивающий механизм подъема. В этой схеме ветви канатного полиспаста свисают симметрично с обеих сторон монорельса и таким образом ходовые колеса тележки по обе стороны балки оказываются нагруженными одинаково.

Поконструкцииканатной(илицепной)системымеханизмподъематалиможетсодержатьдвукратныйиличетырехкратныйполиспаст. Выпускаются также тали без полиспаста и тали со сдвоенной симметричнойканатнойсистемой, как на мостовыхкранах. Такаясистема гарантирует строго вертикальное опускание груза, чем облегчает выполнение монтажных работ.

В качестве примера на рис. 1 схематично показано устройство механизма подъема электрической тали ТЭ российского производства. В грузовой барабан встроен трехфазный электродвигатель переменного тока с короткозамкнутым ротором.

5

z = 14; m = 2 z = 83; m = 3,2

z = 161; m = 2 z = 13; m = 3,5

Рис. 1. Кинематическая схема механизма подъема электротали: 1 – шкаф электроаппаратуры; 2 – электродвигатель специальный; 3 – муфта зубчатая; 4 – подшипник 60214; 5 – подшипник 407; 6 – вал-шестерня;7 –колесозубчатое;8 –подшипник216;9 –тормоз грузоупорный;10 –подшипник307;11 –подшипник60206;12 – тормоз колодочный; 13 – вал-шестерня; 14 – колесо зубчатое; 15 – втулка со шлицами; 16 – подшипник 60208; 17 – подшипник 60214

Статическая мощность электродвигателя определяется по фор-

муле

где Q – грузоподъемность, кг; Vгр – скорость подъема груза, м/мин; об = п б р – общий коэффициент полезного действия (КПД) механизмаподъема(п,б,р –КПДполиспаста,барабана,редуктора).

6

Натяжение грузового каната определяется по формуле

Sо = a Qηп ,

где a – кратность полиспаста.

Грузовой момент на барабане определяется по формуле

Мб = Sо Dо / 2,

где Dо – диаметр барабана по оси каната;

Dо = D + dк ,

где D – диаметр барабана по впадинам нарезки; dк – диаметр каната. Диаметр барабана по нормам Ростехнадзора должен соответ-

ствовать требованию

D (22 – 1)dк.

Нанаружнойповерхностибарабананарезанавинтоваяканавка, на которую производится навивка грузового каната и по которой уталейсканатоукладчикомперемещаетсяканатоукладчик.Длинабарабана выбрана с таким расчетом, чтобы при поднятии груза на но- минальнуювысотупередканатоукладчикомоставалось1,5–2свобод- ныхвиткаканавки, априопусканиигрузанаполнуювысотунабарабане оставалось 1,5–2 витка неразмотанного каната.

Редуктор механизма подъема имеет двухступенчатую цилиндрическую зубчатую передачу, колодочный тормоз на входном валу и грузоупорный тормоз на промежуточном валу.

Кинематическая связь редуктора с канатным барабаном тали осуществляется зубчатой муфтой.

Дляповышениянадежностииплавностиработыэлектрическая тальимеетдватормоза:стопорный(электромагнитный,колодочный) и грузоупорный (дисковый).

Процесс торможения начинается с работы стопорного тормоза итолькопослеостановкиимротораэлектродвигателявступаетвдействие грузоупорный тормоз, замыкаемый весом груза и создающий тормозной момент, пропорциональныйвеличине поднимаемогогруза.

7

Нормально замкнутый колодочный тормоз (рис. 2) расположен во внешней полости корпуса редуктора механизма подъема и состоит из шкива, установленного на быстроходном валу редуктора, двух тормозных колодок с фрикционными накладками, регулируемой рабочейпружиныирастормаживающего рычага, связанногосэлектромагнитом. Включение-выключение электромагнита и электродвигателя подъема происходят одновременно, что обеспечивает растормаживаниеколодочноготормозавмоментвключенияэлектродвигателя и его торможение при выключении двигателя, а также при отключении напряжения.

Грузоупорный тормоз (рис. 3) смонтирован на промежуточном валуредуктора. На валужесткозакрепленупорныйдиск, а по винтовой нарезке свободно перемещается зубчатое колесо. На удлиненной ступице зубчатого колеса свободно вращается и перемещается вдоль оси храповое колесо с фрикционными накладками.

При выключенном электродвигателе механизма подъема кoлодочный тормоз затормаживает быстроходный вал редуктора, промежуточный вал под действием груза вращается до тех пор, пока зубчатое колесо, перемещаясь по резьбе влево, не зажмет храповик.

На пальце, укрепленном в корпусе редуктора, помещена собачка,которая, поворачиваясьнаоси,входитиливыходитиз зацепления с храповым колесом. При опускании груза собачка, упираясь в зубья храпового колеса, стопорит всю систему и не дает грузу опускаться. При включении электродвигателя на спуск зубчатое колесо отходит вправо и груз начинает ускоренно опускаться, и вновь включается грузоупорный тормоз. После повторения нескольких таких циклов устанавливается плавное и непрерывное скольжение трущихся поверхностей и груз опускается с постоянной скоростью.

При подъеме груза, хотя храповое колесо и зажато, торможения непроисходит,таккаксобачкавыводитсяиззацеплениясхраповиком.

Механизмперемещенияэлектроталисостоитиздвухдвухколесных тележек: одной холостой и другойприводной. Тележки шарнирно присоединены к траверсе для равномерного распределения усилий на колеса. Электроталь подвешена к траверсе также шарнирно. У элетроталей грузоподъемностью 1, 2, 3 и 5 т ведущими являются опорные колеса грузовой тележки, которые приводятся во вращение от электродвигателя через двухступенчатый редуктор.

8

6

5

4

Dт

Рис. 2. Схема стопорного колодочного тормоза:

1 – тормозные колодки с антифрикционными накладками; 2 – пружины, прижимающие колодки к тормозному шкиву; 3 – гайки, регулирующие силу прижатия колодок; 4 – сухарь, разводящий колодки для растормаживания; 5 – винты, регулирующие величину отхода колодки; 6 – приводной рычаг, пово-

рачивающий сухарь; 7 – электромагнит

А–А

А

А

Рис. 3. Грузоупорный тормоз

9

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Исходные данные

Марка электродвигателя механизма подъема – АОС-32-6, где А– асинхронный;О–обдуваемый;С –сповышеннымскольжением; 32 – габарит статора (см. выше); 6 – число пар полюсов, определяющее частоту вращения n = 900 об/мин. Мощность при ПВ = 25% вы-

бираем по каталогу Nном = 0,6 кВт.

Марка электродвигателя механизма передвижения ФТГ 0,08-4, номинальная мощность Nном = 0,08 кВт и nэ.д = 1400 об/мин.

Порядок проведения экспериментальных исследований

1.Используя конструкцию электротали, имеющейся на кафедре, изучить устройство всех ее составных частей и их назначение.

2.Привести в действие электроталь с заданной грузоподъемностью и режимными параметрами подъема, опускания и перемещения груза.

3.Составить отчет.

Порядок расчета характеристик электрической тали

1. Определение высоты подъема груза H осуществляется по рабочей длине каната, навиваемого на барабан:

H = z1000πDaо ,

где Dо – диаметр барабана по осям каната, измеряется с помощью кронциркуля и линейки; z – число витков троса на барабане за вычетом 1,5–2 запасных витков; a – кратность полиспаста.

2. Скорость подъема Vгр рассчитывается по формуле с последующей экспериментальной проверкой:

10