Зміст

1. Практична частина

   1. Анотація . . . . . . . . . 3

   2. Розшифровка УДК . . . . . . . . 4

   3. Опис досліджуваного об’єкта . . . . . . 5

   4. Розшифровка МПК . . . . . . . . 14

   5. Висновки . . . . . . . . . 15

   6. Літературні джерела . . . . . . . 16

   7. Додатки . . . . . . . . . 17

УДК.624.621.86.06

Анотація

Даний звіт з дисципліни «Основи науково – дослідницької роботи» на тему «Особливості використання захватних пристроїв » містить статтю з описом для автоматичного вантажозахватного пристрою для контейнерів та математичну модель захватних пристроїв.

В звіті викладений аналіз призначення та конструкційних особливостей спредера та самого механізму підйому. Також описано принцип роботи самого захватного механізму.

Звіт складається з практичної частини, яка має п’ять розділів; ітеоретичної частини, в якій висвітлено відповіді на три питання, і додатків: А – патент.

1.2 Розшифровка удк.

УДК.624.621.86.06

621 Загальне машинобудування. Ядерна техніка. Електротехніка. Машинобудування в цілому

(05) Серіальні видання. Періодика

624 Будівництво інженерних споруд та будівельні конструкції в цілому

86 Передачи (механические). Подъемно-транспортное оборудование. Крепежные средства. Смазка

621.86   Подъемно-транспортное оборудование в целом

(06) Видання установ та організацій

1.3 Опис досліджуваного об’єкта

УДК.624.05.621.86.06

 

Автоматичний вантажозахватний пристрій для контейнерів

 

Артьомов В.О. (Одеський державний аграрний університет),  Іванов О.М. (Іллічівський морський торговий порт),  Мацей Р.О. (Одеська державна академія будівництва та  архітектури)

 

 

Нині бурхливими темпами збільшуються обсяги контейнерних перевезень [1. 2].   У зв'язку з цим актуальним стає питання удосконалення вантажопідйомних пристроїв та пристосувань для прискорення процесу  розвантажування  контейнерів, а також перевантаження їх з одного виду транспорту на інший. Обладнання,  що використовується  для підйому і переміщення контейнерів  умовно розділяється на вантажозахватні пристрої ручної, напівавтоматичної й автоматичної дії.

Використання універсального такелажу загального призначення:  стропів всіх типів, вантажозахватних пристосувань,  що виконані у вигляді траверс з гнучкими тяговими елементами, траверс рамного типу із спеціальними замками для захвату контейнерів (вантажні рами)  не дає змоги досягти високої продуктивності  в зв’язку з необхідністю участі стропальника у процесі застропки контейнера. Крім того, існує досить високий ризик  деформації й  пошкодження контейнера.

Ці ж недоліки, але меньшою мірою наявні у вантажних рамах із спеціальними замками для захвату контейнерів за верхні фітінги, які працюють в ручному або напівавтоматичному режимах. У ручному режимі замки рами приводяться в дію за допомогою рукояток важельного механізму . У напівавтоматичному режимі замикання відбувається після посадки рами на контейнер.  При цьому замки повертаються автоматично  від спеціальних важелів-відбивачів, що контактують із верхнім обв'язуванням контейнера,  однак повернення замків в вихідне положення (звільнення контейнера) проводиться вручну. Якщо використовується привід замків знімних рам автоматичної дії, то керування замками відбувається з кабіни кранівника.  Це обмежує  використання таких пристосувань наявністю спеціального крана.

Відомі автоматичні захвати для контейнерів (спредери) відносяться до основного обладнання спеціальних контейнерних кранів і не можуть використовуватися на універсальних кранах. Крім того, спредери мають, як правило, індивідуальний або централізований електро-, гідро- або пневмопривід поворотних замків. Конструкція цих приводів досить складна і вимагає підведення електроживлення від електросистеми крана. У  зв`язку з цим удосконалення конструкції спредера, є одним із доцільних напрямків підвищення рівня механізації транспортних операцій.

Спредери конструкції ВАТ «Спецтехоснастка», належать до автоматичних спредерів із механічним приводом повороту штиків і містять конструктивні і технологічні рішення, що захищені патентами [3]. Спредер (Рис. 1) містить несучу хребтову зварну раму,  по кутках  якої  встановлені чотири поворотні штики.         

У центрі  рами встановлений автоматичний механізм циклічної дії, який служить для перетворення поступального руху гака крана в обертальний рух деталей приводу штиків.  У порівнянні з відомими автомати-ними захватними пристроями спредер, що п ропонується, має суттєві конструктивні переваги і призначений для перевантаження багатотонажних контейнерів міжнародного стандарту типорозміру 1С, 1СС (20 футів) і 1А, 1АА (40 футів), масою до 35 т.  За необхідності вантажопідйомність спредера може бути збільшена.

 

Рис.1.Загальний вигляд спредера

 

Захват всіх фітінгів контейнера виконується одночасно всіма штиковими замками. У разі деформації або засмічення хоч би одного фітінга, жоден штиковий елемент не здійснює  захвату фітінга контейнера. Це гарантує захват контейнера тільки всіма замками чотирьох фітінгів, і виключає мимовільне розкриття замків при перевантаженні контейнера. Вантажний автомат приводиться в дію за допомогою гнучких і жорстких елементів, розташованих в площині захвату і з'єднаних з вантажними канатами без використання додаткового вертикального ланцюжка приводу автомата, що навішується на вантажний гак крана. Обертальний рух від автомата до штиків передається трансмісією, що складається з шарнірно-зчленованої жорсткої трубчастої тяги із регулювальними рим-болтами.  Рим-болти забезпечують поворот штиків на 90° і надійний захват контейнера за верхні кутові фітінги всіма чотирма штиками.

Спредер навішується на гак вантажопідйомного механізму за допомогою 4-х вантажних стропів. У процесі натягнення вантажних стропів автомат приводиться в робочий стан за допомогою гнучкого троса, який пов'язаний з однією парою вантажних стропів. При натягненні вантажних стропів відбувається підйом штоку автомата з фланцями, що обважнюють. Коли спредер встановлюється на контейнер і відбувається послаблення натягнення вантажних стропів, шток під дією сил важкості фланців  опускається в нижнє положення і повертає при цьому штики на 90°.

Для полегшення націлювання спредера на контейнер, на рамі встановлені  три спрямовуючі пристрої (ловці).   Крім цього спредер забезпечений стрілками-покажчиками положення штиків, пофарбованими червоною сигнальною фарбою.  У неробочому стані спредер встановлювається на відкидні опори, а ловці не  виступають за габарити спредера.

Наступною суттєвою відзнакою запропонованого спредера є те, що він немає традиційної жорсткої конструкції. Він може з ахоплювати деформовані контейнери  за рахунок того, що копіює площину контейнера за допомогою  вбудованого шарнірного елементу (Рис. 2). Це дає змогу здійснювати захват деформованого контейнера із зсувом фітінгів по висоті по відношенню один до одного.                      

 

Рис. 2. Поворотний шарнір

 

Завдяки поворотному елементу, спредер копіює  верхню частину контейнера і фіксує його одну сторону на два штики,  а деформовану захоплює, завдяки повороту балки на необхідний кут. Металоконструкція захватного пристрою розташована  над опорною поверхнею фітінга на висоті 50 мм.     

Механізм повороту (Рис. 3) містить циліндр 8, жорстко закріплений на рамі 1, всередині якого розміщено шток 9 з двома подовжніми пазами 10 і 11. Подовжні пази розташовані  під кутом 90° один до одного і з'єднані гвинтовими пазами 12 і 13 змінної глибини з карманами. Шток 9 зафіксовано від обертання шпонкою 15 ( рис. 4), яка закріплена в циліндрі 8, і  входить в один із подовжніх пазів 10 або 11. Зовні циліндра 8 встановлена гільза 16  з можливістю повороту.

У верхній  частині гільзи закріплений стакан 17 з штифтом 18, в якому встановлені підпружинені ролики 19.

Р олики взаємодіють з подовжніми і гвинтовими пазами 10-13, а також карманами 14.  Шток 9, за допомогою тросо-блочної системи 20, через скобу  з пазами римів сполучений з гаком крана. При натягненні вантажних стропів відбувається підйом штока. Поворотна гільза 16 сполучена з поворотними захватними елементами  за допомогою передаточної ланки, що складається з шарнірно-зчленованої жорсткої трубчастої тяги,  забезпечує  поворот фітінгів.

Крім цього, розглянута на рис. 1 конструкція спредера  не дає змоги перевертати контейнер з вантажем на 60° в обидві сторони.  Особливо це має значення під час вивантаження сипучих матеріалів. 

 

Рис. 3 – Механізм повороту

 

Для реалізації цієї можливості  запропонована  конструкція спредера була удосконалена  за рахунок того, що  рими захватного пристрою, споряджені додатковими вилками, з`єднуються між собою  вісю з провушинами, які жорстко               

з акріплені на рамі, що дає можливість  нахилення  контейнерів з вантажем на 60° в обидві сторони  [4].

 

 

 Рис. 4 – Фіксатор    

 

 

На рис. 5 показана будова цього пристрою.  На рамі 1 жорстко закріплені провушини 30,  які шарнірно зв'язані віссю 31 з вилками 32, а вилки 32жорстко зв'язані  з пазами римів  23.

Рис. 5 – Рухоме з`єднання римів з провушиной рами

 

Пристрій працює наступним чином.

Корпус захвату піднятий гаком крана за допомогою вантажних канатів 21  наводиться на контейнер завдяки направляючим 28 і захватним елементам 5.  При цьому направляючі 28 мають можливість пересування у вертикальному напрямку, а корпус через шарнір 2, обертаючись, копіює горизонтальну площину контейнера і забезпечує гарантовану  можливість заходу головок 5 у фітінги.

Гак крана опускається до появи послаблення натягання  в канатах 21 .  При цьому скоба 22 опускається в пазах римів 23 під дією  сили  тяжіння штока 9.  Шток 9, що спирається на кармани 14,  через гвинтові пази 13 змінної глибини за допомогою підпружиненого штифта 18 з підпружиненими роликами 19 обертає штифт 18 на 35⁰.  Далі підпружинені ролики 19 спираються у верхні кармани 14, обертають штифт 18 і  знову заходять в повздовжній паз 10.  При цьому здійснюється поворот гільзи 16 і пов'язаних з нею захватних елементів  на  90° за допомогою передаточної ланки.

Таким чином відбувається з'єднання рами  з контейнером.

Якщо захватні елементи повернулися  тільки на 80°, унаслідок забруднення фітінгів або деформації контейнерів, з'єднання рами 1 з контейнером  не відбувається тому,  що при підйомі підпружинені ролики 19,  спираючись на гвинтові пази 12 і карман 14, заходять назад в повздовжній паз 11 і повертають захватні елементи 5 в положення відстроповки.

При підйомі вантажні канати 21 через тросо - блочну систему 20 піднімають шток 9, а штифт 18 здійснює холостий рух  по повздовжньому пазу 10 змінної глибини в нижню частину штоку 9. Таким чином  відбувається взведення  пристрою автоматичної дії.

Після транспортування краном контейнера до місця розвантаження одна з лебідок крана опускає контейнер. При цьому контейнер нахиляється на 60° (Рис. 6).

Вилки 32 взаємодіють із провушинами 30 за допомогою осей 31. Це дозволяє виключити деформацію рами при нахилі контейнера на 60°.                  

Після висипання сипучого вантажу, контейнер однією із лебідок вирівнюється в горизонтальне положення і транспортується на опору.        

 

Рис. 6 – Нахил контейнера

 

 

Гак  крана опускається до появи послаблення зусилля у вантажних канатах 21.  Шток 9 опускається, підпружиненні ролики 19 входять увзаємодію з карманами 14 гвинтового паза 12. При цьому повертається штифт 18, роликами 19 спирається у верхній карман 14 і  спрямовує ролики 19 у подовжній паз 11.  Відбувається зворотний поворот гільзи 16 і пов'язаних з нею за допомогою каната 24 захватних елементів. Рама роз'єднується з контейнером.

 

Summary

 

In this article there are constructional peculiarities of modern technical equipment for container overloading and ways of its improvement, that allows interested in it enterprises to make an expedient choice while buying promising equipment, and thus to economize time and energy resources during loading and unloading operations.   

 

Розрахунок захватних пристроїв

Задачі розрахунку

Механічні ЗП. Розрахунок включає:

1. Визначення сил, які діють в місцях контакту заготовки і губок елемента ЗП.

2. Визначення сил привода.

3. Перевірка відсутності пошкоджень поверхні деталі при захваті.

4. Розрахунок на міцність деталей ЗП.

По першому випадку розрізняють такі схеми утримання об'єктів в механічних ЗП :

1. Деталь підтримується губкою елемента ЗП, сили тертя мало впливають на механізм утримання деталі.

рис.. 5.8

N =R [sinφ -μcosφ ]/[sin(φ + φ )-2μcos(φ +φ )],

де i, j = 1,2, i ≠ j ;

μ - коефіцієнт тертя губки захвату з деталлю,

негартована сталь μ = 0.12 … 0.15 - Сталь 45, 50;

гартованна сталь μ = 0.3 … 0.35 - сталі 65Г У10А

2. Д еталь утримується завдяки запираючій силі губок.

φ = 90˚,

φ = φ.

R N

N =R (sinφ-μcosφ)/(cosφ+2 μsinφ),

N =R /(cosφ+2μsinφ).

3. Деталь утримується силами тертя.

N = N = R /2μ.

На практиці часто зустрічаються складне навантаження ЗП, при якому має місце комбінація описаних випадків.

Розрахунок зусиль привода

Розглянемо на прикладах клинових, важільних і рейкових передаточних механізмів.

Клиновий механізм.

Для симетричних губок : F≥ 2Mtg(β+ρ) / bη,

η

F

- к.к.д. η=0.9 ;

β= 4…8°, ρ= 1°…3° ;

ρ- кут тертя ;

β- кут конуса.

рис.5.11

Загальний випадок:

F≥ M tg(β+ρ) / bη.

Важільний механізм.

Длясиметричнихгубок:

р

ис.5.12

F≥ 2M_jcosα / bη.

Загальний випадок :

F≥ 2M_jcosα / bη,

M - момент захвату.

M = N cosφ [a tgφ ±C - (a - C tgφ )],

φ - кут контакту.

Рейковий механізм.

Загальний випадок:

F≥2 M_j /(m z η)

Д

ля симетричних губок :F≥ 4M_j/(m z η)

рис. 5.13

де m , z - модуль і число зубців,

η- к.к.д. η=0.94.

Вакуумні і електромагнітні ЗП.

F =k A (p -p ),

де k =0.85-коефіцієнт, який враховує можливість зміни атмосферного тиску і властивість ущільнення ;

A - ефективна площа дії ЗП; p - атмосферний тиск; p - залишковий тиск в камері присосів ; F - сила ЗП.

Рекомендації p - p = 0.03…0.035МПа.

A =(0.6…0.7)А ,

А - площа поверхні контакту.

Електромагнітні ЗП.

Сила притягання електромагніта :

F =(I·n) /(25A(R +R ) ),

де I·n-число ампер-витків обмотки; A-площа поверхні контакту вантажу з полюсами електромагніта; R , R - магнітний опір на ділянках шляху магнітного потоку відповідно повітряному і металічному.

Формули для розрахунку контактних напружень при захваті заготовки (деталі) губками ЗП

Контакти

1. Лінійний σ=0.418 ,

2. Лінійний σ=0.418 ,

3. Лінійний σ=0.418 ,

Точковий σ=0.418m ,

l-ширина губки захвата; N-сила, яка діє в місці контакту захвата з заготовкою; Е - приведений модуль пружності матеріалів губки захвату і заготовки (деталі); d-діаметр заготовки (деталі) ; r-радіус губок захвату ; m-коефіцієнт, який залежить від співвідношення ;

E = ,

1 0,8 0,60,4 0,2 0,1 0,05

m 0,39 0,42 0,47 0,54 0,72 0,97 1,98

Визначення напружень на поверхнях контакту ЗП з об'єктами маніпулювання необхідне як при розрахунку ЗП, так і для встановлення можливості пошкодження об'єкта при його захваті і утриманні. Контактні напруження σ мають бути менші допустимих [σ]. (σ <[σ ]).