8

Лекция № 1-2ч.

Механизм подъема груза .

План лекции.

1. Факторы, влияющие на выбор схемы механизма подъема.

2. Установившееся движение, пуск и торможение механизма подъема.

1. Факторы, влияющие на выбор схемы механизма подъема.

Механизмы подъема ГПМ (рисунок 1) состоит из полиспастной системы и лебедки.

Рисунок 1. Схема механизма подъема.

1 – двигатель; 2 – соединительная муфта; 3 – промежуточный вал; 4 – тормоз; 5 – редуктор; 6 – барабан; 7 – опора барабана; 8 – канат; 9 – крюковая подвеска.

Выбор схемы механизма подъема зависит от следующих факторов:

1. Типа грузозахватного устройства;

2. Q - массы поднимаемого груза;

3. H - высоты подъема груза;

4. Количества требуемых устойчивых скоростей подъема (опускания) груза;

5. Спец. требований, обусловленных особенностями технологических процессов использования кранов или характером поднимаемого груза.

1. Рассмотрим влияние каждого фактора при применении в качестве грузозахватных устройств крюков, петель, клещевых захватов, одноканатных грейферов и т.п. в подъеме груза и его захвате принимает участие только один механизм. В случае 2-х канатного грейфера, подъемного электромагнита и специальных грузозахватных устройств подъем и захват груза осуществляется двумя механизмами.

2. Масса поднимаемого груза оказывает влияние на схему полиспаста подъемного механизма. При больших значениях Q возможны две грузовые тележки.

3. В зависимости от высоты подъема груза и кратности полиспаста изменяется потребная канатоемкость барабана (в один слой, многослойная навивка, сдвоенные барабаны). При многослойной навивке используют специальные канатоукладчики - винтовые, кривошипные, кулачковые и эксцентриковые.

4. При значительной высоте подъема для увеличения производительности крана необходимо увеличить скорость спуска по сравнению со скоростью подъема или же при монтаже скорость посадки должна быть мала. В этих случаях механизм подъема должен иметь несколько устойчивых (фиксированных) скоростей подъема и спуска груза. Изменение скорости может осуществляться:

а) за счет привода;

б) за счет специальных схем механизма подъема.

Подъемный механизм с планетарной муфтой (рисунок 2) обеспечивает две скорости (номинальную и малую посадочную).

Рисунок 2. Схема механизма подъема с планетарной муфтой (ПМ)

При работе двигателя 2 (двигатель 1 отключен) и разомкнутых тормозах Т₃ и Т₂ (тормоз Т₁ замкнут) подъем груза происходит с номинальной скоростью.

При работе двигателя 1 (двигатель 2 отключен) и разомкнутых тормозах Т₁ и Т₃ (тормоз Т₂ замкнут) происходит опускание груза с малой посадочной скоростью.

В этом случае возможно получение 4-х различных скоростей:

1) Включен Д₁ угловая скорость водила В

2) Включен Д₂

где w₁, w₄ - угловые скорости шестерен z₁ и z₄;

3) Включены Д₁ и Д₂, когда z₁ и z₄ вращаются в одну сторону

4) Включены Д₁ и Д₂, когда z₁ и z₄ вращаются в разные стороны

Примечание: Механизм подъема с несколькими скоростями движения при асинхронном двигателе можно получить путем создания специальных схем автоматического регулирования.

Основные схемы механизмов подъема представлены на рисунке 3.

Рисунок 3. Схемы механизмов подъема.

Подъемный механизм, имеющий одну и ту же принципиальную схему, выполняется конструктивно по-разному в зависимости от требований предъявляемых к той или иной грузоподъемной машине: рациональная компановка механизма, компактность, надежность в работе, экономичность и т.д.

Различия в выполнении механизмов подъема наблюдаются в конструктивных решениях соединений вала двигателя с редуктором и редуктора с барабаном (рисунок 4).

Рисунок 4 а); б); в); г); д); е). Схемы соединения барабана с редуктором

Схемы (рисунок 4, б, в) не получили широкого распространения ввиду:

1) невозможности отдельной сборки и обкатки редуктора;

2) нерушения принципа блочности конструкции;

3) очень чувствительны к неточностям монтажа.

Наибольшее распространение получил механизм подъема с установкой одной из опор оси барабана внутри консоли выходного вала редуктора (рисунок 4,е).

Преимущества этой схемы - компактность, блочность, статическая определимость валов, передача крутящегося момента непосредственно с редуктора на барабан при помощи зубчатой муфты, минуя ось барабана.

2. Установившееся движение, пуск и торможение механизма подъема.

Рассмотрим различные процессы работы механизма подъема.

При установившемся движении момент на валу двигателя при подъеме номинального груза

(1)

где S_max - натяжение каната на барабане при номинальном грузе, включая вес грузозахватного устройства;

m - число канатов, навиваемых на барабан; (при одинарных полиспастах m=1, при сдвоенных m=2);

Д_б - диаметр барабана по центру каната;

_м - КПД механизма при номинальном грузе без учета z_n;

z₀ = z_м*z_n - КПД всего механизма;

а - кратность полиспаста;

U_м - передаточное число механизма.

Период пуска:

(2)

где - средний пусковой момент двигателя;

для двигателя с короткозамкнутым ротором

(а)

для двигателей с фазным ротором и двигателей постоянного тока

(б)

М_ин1 - момент сил инерции вращающихся масс механизма, приведенный к валу двигателя;

М_ин2 - момент от сил инерции поступательно движущегося груза, приведенный к валу двигателя.

Примечание: знак “плюс” перед М_ст соответствует подъему груза, знак “минус” - спуску; К_ср = 1/2 (К_пуск + К_max) - кратность среднего момента за период пуска.

Момент от сил инерции вращающихся масс механизма, отнесенных к валу эл/дв, состоит из моментов сил инерции масс этого вала с ротором и сил инерции масс остальных валов, приведенных к валу двигателя:

(3)

где J₁, J₂ - моменты инерции масс, расположенных соответственно на первом, втором и т.д. валах;

e₁, e₂ - угловое ускорение валов ().

Примечание: если предположить, что изменение скорости в процессе пуска происходит по линейному закону, а ускорение постоянно, то выражение (3) с учетом передаточных чисел и КПД на разных ступенях передачи механизма к валу двигателя будет иметь вид:

, (4)

Для механизмов с ГПМ все члены правой части (4), кроме первого, составляют 10-20% от величины первого члена. Тогда (4) будет иметь вид (в )

, (5)

где t_n - время пуска.

Момент от сил инерции при подъеме груза

(6)

где М_s - крутящийся момент на барабане от сил F_ин.

; ;

Тогда выражение для пускового момента будет иметь вид:

(7)

Примечание: J₁ - измеряется в кгм²; n₁ - в об/мин; t_n в с; Q_гр в кг; Д_s - в м.

Из уравнения (7) можно определить время пуска t_n при известном М_пуск (см. формулы (а) и (б)) и сравнить с [t]_n. (Проверка на пуск двигателя).

Процесс торможения.

М_т=mМ_ст^Т+М_ин1^Т+М_ин2^Т (8)

где М_т - номинальный момент, развиваемый тормозом;

М_ст - статический момент от груза при торможении. Знак (-) при торможении поднимаемого груза, знак (+) - опускающийся груз

(9)

М_ин1^Т и М_ин2^Т - определяются аналогично пуску механизма.

Тогда

(10)

где t_Т - время торможения.

Величина тормозного момента, развиваемого тормозом механизма подъема, должна обеспечивать удержание груза в неподвижном состоянии на весу с определенным коэффициентом запаса торможения К_Т, т.е.

(11)

Значение К_Т:

Легкий режим с ручным приводом К = 1.5

С - К = 1.75

Т - К = 2.0

В_т - К = 2.5

Из уравнения (10) с учетом (11) найти время t_Т и сравнить с [t]_Т .

(Проверка двигателя на торможение)