Фрикционные барабаны (шпили)

Большое заданное перемещение груза предопределяет и большую длину барабана или заставляет прибегать к многослойной навивке каната на барабан. Во избежание этого иногда применяют специальные фрик­ционные барабаны, которые отличаются от обычных тем, что конец каната не крепится к нему, а удерживается на его поверхности исклю­чительно за счет сил трения между витками каната и барабаном. Подобные устройства применяются преимущественно в механизмах для горизонтального перемещения грузов — в лебедках для подачи железно­дорожных вагонов при маневровых работах, при швартовке судов и т. п. Подобный механизм (вертикальный шпиль) изображен на рис. 139. Канат, при помощи которого перемещается груз, охватывает несколь­кими витками барабан, а сбегающая ветвь его натягивается руками усилием F₁. Согласно уравнению Эйлера (16.5),

Величина коэффициента е^fα

Угол обхвата α	f= 0,15	f = 0,2
2π	2,6	3,5
4π	6,6	12,4
6π	17	43,4
8π	43,4	152,4

Для повышения f на поверхности барабана иногда делают невысокие ребра, расположенные по образующим. Таким образом, натягивая сбегающую с барабана ветвь ка­ната небольшой силой F₁ ≈100 Н, мы можем получить на набегающей ветви его при обхвате барабана че­тырьмя витками усилие в зависимости от величины коэффициента трения на рабочей поверхности.

Рис. 139. Вертикальный шпиль.

Фрикционные барабаны обычно делают переменного диаметра во избежание перемещения витков каната вдоль оси барабана. При относительно небольшом перемещении груза можно при­менять и обычный цилиндрический бара­бан — часто так осуществляют механизмы для передвижения тележки поворотного крана.

Грузовой момент барабана:

так как F₁« F₂

Момент T_б для преодоления T_гр

Крепление конца каната на барабане

Все конструкции крепления конца каната на барабане основаны на использовании сил трения. При расчете этих креплений безусловно можно и нужно учитывать уменьшение усилия, действующего на крепление, за счет трения неприкосновенных витков каната о поверхность барабана, вводя в расчет достаточно низкий коэффициент трения и минимальное регламентированное число этих витков 1,5 (т. е. α ≈ Зπ). Тогда усилие для расчета крепления

Рис.140. Крепление каната на барабане.

Расчёты барабанов

Основным напряжением, возникающим в теле барабана под действием огибающего его каната, является сжатие. Для определения величины этого напряжения вырежем из барабана один виток (рис. 141,а) и применим к нему теорию напряженного состояния кольца, подверженного распре­деленному по его наружной поверхности давлению (задача Ламэ). При натяжении каната наибольшие напряжения сжатия получаются при таком нагружении на внутренней поверх­ности кольца:

Допускаемое напряжение сжатия для чугунных барабанов принимается в пределах [σ]_сж = 70…90Мпа, а для литых и сварных стальных барабанов [σ]_сж = 100…120 МПа.

Кроме сжатия, в теле барабана возникают еще дополнительные напряжения изгиба и кручения, значительно меньшие σ_сж. Наибольшие напряжения изгиба получаются при набегании каната на середину бара­бана (рис. 141,б):

а) б)

Рис.141. Схема расчёта барабана на прочность.

крутящим же моментом является грузовой момент барабана

Напряжения

и

где W и W_p — экваториальный и полярный момент сопротивления поперечного сечения барабана.