Источник теоретического материала 1.6.1.5 / Лекции 6 семестр / Лекция 15

Лекция №15 – 2ч.

Элементы ГПМ. Блоки, барабаны, полиспасты. Их выбор и расчеты.

План лекции.

1. Блоки, барабаны, полиспасты. Расчет и проектирование.

1. Блоки, барабаны, полиспасты. Расчет и проектирование.

Блоки служат для изменения направления движения каната. Различают неподвижные и подвижные блоки (рисунок 1). У подвижных блоков ось перемещается в пространстве (рисунок 1, г). Материал - чугун СЧ 15-32, Сталь 25Л (литье) и Сталь ВСтЗсп (штамповка или сварные блоки больших диаметров) (смотри рисунок 2).

Износ канатов на блоках (рисунки 3, 4)

• чугунные - 1,0;

• стальные - 1,1;

• футер. алюминием - 0,8;

• футер. капроном - 0,4...0.5;

Вращение блока возможно при S_сб > S_н на величину большую, чем силы трения в опоре блока и сил сопротивления жесткости каната при его сгибании и разгибании (рисунок 1, а, б)

г де W_ж.к. - сопротивление жесткости каната;

W_п - сопротивление в опоре (подшипник).

Подвижный блок в системе для выигрыша в силе (рисунок 1, г). В этом случае при подъеме груза на высоту h на барабан наматывается канат длиной 2h:

где V_гр - скорость груза;

V_к - скорость каната.

Подъем груза (рисунок 1, г) S_сб > S_наs; S_наб= z S_сб

Тогда G_гр= S_наб + S_сб = (1+z) S_сб;

где G_гр - вес груза;

z - К. П. Д. подвижного блока.

Примечание: диаметр блока (рисунок 2) определяется по условию обеспечения достаточной гибкости каната

Д_б ed_к, (8)

где e - коэффициент, зависящий от режима работы крана (e = 16...46);

d_к - диаметр каната.

Рисунок 13. Блоки:

а – блок с неподвижной осью; б – схема набегания каната на блок; в – скорость каната на неподвижном блоке; г – скорость каната на подвижном блоке.

Рисунок 14. Исполнение блоков: а – литой; б – штампованный; в – с вальцованным ободом; г – с составным ободом.

Рисунок 15. Профили канавок блока: а – износ концевого; б – износ направляющего; в – профиль не соответствует канату;

г – профиль соответствует канату.

Рисунок 16. Ручьи блоков:

а – профиль ручья; б, в – ручьи, футерованные пластмассой; г – ручей, футерованный алюминием.

Барабаны служат для преобразования вращательного движения привода механизмов в поступательное движение груза. Различают барабана с многослойной и однослойной навивкой каната. Барабаны с многослойной навивкой (рисунок 5) применяются только при очень больших длинах навиваемого каната, когда при однослойной навивке требуются весьма большие размеры барабана. Барабаны могут выполняться с гладкой и резной поверхностью (рисунок 6).

Рисунок 5. Гладкий барабан

Рисунок 17. Профиль канавок для каната на барабане.

Расчет и проектирование барабанов.

Барабаны выполняются литыми (чугун СЧ 15-32 и Сталь 25Л) и сварными (Сталь ВСтЗ сп).

Диаметр барабана по дну канавки

Д_б > (e - 1) d_к, (9)

где d_к - диаметр каната;

e - коэффициент, зависящий от режима работы.

Расчетная схема барабана (рисунок 18)

а) сжатием (рисунок 18, а). Условие прочности

(10)

где S_б = S_max - усилие в канате, навиваемом на барабан;

d - толщина стенки барабана, t = d_к + (2...3 мм).

б) изгиб с кручением (рисунок 7, б)

Проверка прочности барабана в этом случае производится по одной из теорий прочности

где s - нормальные напряжения в опасном сечении; ;

t - касательные напряжения t = M_кр / W_р, M_и, M_кр - изгибающий и крутящий моменты;

W_и, W_р - моменты сопротивления сечения при изгибе и кручении;

F_б - площадь поперечного сечения.

Рисунок 18. Схемы к расчету барабана на прочность

Канатоемкость барабана (длина каната, наматываемого на барабан)

Длина 1-го слоя l₁ = п Д₀ z

2-го слоя l₂ = п (Д₀ + 2d_к) z

i-го слоя l_i = п [ Д₀ + (i - 1) 2 d_к] z

Тогда длина нарезной части барабана (рисунок 19)

l_н = l₁ + l_н + ... + l_i = пz i [ Д₁ + d_к (i - 1)], (12)

где z - число витков каната на барабане;

i - число слоев навивки каната.

Для нормальной работы каната и повышения его долговечности следует обеспечить правильное набегание каната на блоки и барабан, чтобы не было резкого перегиба (рисунок 19)

, (13)

где B - расстояние между центрами блоков крюковой подвески;

g - допустимый угол отклонения каната на блоке (барабане) g = 6°.

Рисунок 19. К расчету длины барабана

Рисунок 20. а – схема для определения допускаемого угла отклонения каната на блоке; б, в – схема к определению допускаемых углов набегания каната на барабан.

Полиспасты. Полиспастом называют систему подвижных и неподвижных блоков, соединенных канатом. Различают полиспасты для увеличения скорости (скоростные) и силы (силовые). В ГПМ в основном применяются силовые полиспасты, позволяющие уменьшить натяжение каната (S_б), момент от груза на барабане и увеличить общее передаточное число механизма. Применение полиспастов позволяет использовать канаты меньшего диаметра, следовательно уменьшить диаметр блоков и барабана, уменьшить передаточное число редуктора, снизить массу и габариты ГПМ в целом.

Различают одинарные и сдвоенные полиспасты (рисунок 10). Основным параметром полиспаста является его кратность:

, (10)

где n_гр - число ветвей каната, на которых весит груз;

n_б - число ветвей, набегающих на барабан.

Внимание. Выбор каната, типа и кратности полиспаста является взаимосвязанным процессом проектирования, общей компоновки ГПМ и ее параметрами.

Одинарные полиспасты. Первая схема - канат набегает на барабан с подвижного блока (рисунок 11, 12)

В случае покоя (V_гр = 0)

(11)

Подъем груза

S_б = S₁ = S_max

S₂ = S₁ x = S_max x

S₃ = S₂ x = S_max x² (a)

...................................

S_a = S_max x^a-1

Рисунок 21

Рисунок 22. Развернутая схема полиспаста (одинарная)

Рисунок 23. Развернутая схема полиспаста (одинарная)

Тогда

или

. (12)

Вторая схема - канат набегает на барабан с неподвижного направляющего блока.

, (12*)

где t - число направляющих блоков.

Недостатки одинарных полиспастов:

1. Циклический характер нагрузки на опоры барабана;

2. Дополнительное закручивание каната при нечетной кратности полиспаста;

3. Отклонение от вертикали при подъеме груза.

Сдвоенные полиспасты лишены этих недостатков. Конструктивно представляют собой два простых полиспаста.

Максимальное натяжение каната определяют аналогично простым полиспастам

, (13)

Рекомендации:

1. Простые полиспасты применяют в основном в стреловых кранах;

2. Сдвоенные полиспасты применяют в мостовых и козловых кранах;

3. При грузоподъемности Q_н < 100 т натяжение каната S_б = 50...100 кН;

4. При Q_н > 100 т, S_б = 100...150 кН;

5. При выборе полиспаста и его кратности можно руководствоваться таблицей.

Таблица

Характер навивки каната на барабан	Тип полиспаста	Кратность полиспаста при г/п в т
		< 10	20-50	50-100	150-200	300-400
С подвижных блоков непосредственно на барабан (мостовые, козловые)	Сдвоенный простой	2 (1)	2 (2)	2 -	2-3 -	3-4 -
Через направляющие блоки (стреловые краны)	Простой (сдвоенный)	2 -	2-3 (2)	3-4 (3)	4-6 -	- -

9