5.3. Звездочки

Если тяговым органом является сварная или пластинчатая цепь, то тогда тяговым устройством являются звездочки различных конструкций (рис. 5.6).

Размеры звездочек для пластинчатых цепей установлены ГОСТ 290— 41. Диаметр окружности центров шарниров цепи определяют по формуле:

(5.7)

где z — число зубьев звездочки; обычно z=8÷12. Остальные размеры указаны на рис. 5.6, а.

В звездочках для сварных калиброванных цепей обод снабжен гнездами (углублениями; рис. 5.6, б), соответствующими форме звена. В гнездо ло­жатся звенья, плоскость которых параллельна оси звездочки. Звенья, расположенные в другой плоскости, лежат в кольцевой канавке звездочки, не сцепляясь с нею. При числе гнезд z >6 и диаметре цепной стали d <16 мм диаметр окружности, проходящей через точки контакта звеньев, опреде­ляют но формуле:

(5.8)

В последней формуле z — число гнезд звездочки.

Рисунок 5.6. Звездочки:

а – для сварной цепи; б – для пластинчатой

Число звеньев сварной цепи, укладывающихся на звездочке, вдвое больше числа гнезд. При z >6 и d <16 мм формула принимает вид:

(5.9)

Минимально допустимое число гнезд — 4. Диаметр звездочки для сварной цепи при малом количестве гнезд значительно меньше диаметра бара­бана для цепи тех же размеров. Поэтому звездочки применяют для уменьшения момента на грузовом валу.

Наименьшее конструктивно возможное число зубьев звездочки Z=5÷7, причем с увеличением натяжения цепи его увеличивают до 10. Задаваясь числом зубьев, при выбранном шаге цепи по формуле можно определить номинальный диаметр звездочки. Помешать желаемому уменьшению диаметра звездочки может наличие отверстия для вала. Во избежание этого звездочки часто изготовляют как одно целое с валом. Ширина, высота и профиль зуба звездочек зависят от типа и размера цепей. Все размеры зубьев- стандартизованы.

Звездочки профилируется по ГОСТ 590-63, К. п. д. Приводных звездочек рекомендуется принимать η=0,97÷0,98.

5.4. Вопросы для самопроверки

1. В чем отличие фрикционного барабана от обычного тросового?

2. Как рассчитываются тяговые усилия на фрикционном барабане?

3. Как определяются параметры фрикционных барабанов?

4. Что такое тяговый блок и для чего он используется?

5. От чего зависит КПД блока и как он определяется?

6. В каких случаях в тяговых органах используются звездочки и какие они бывают?

Раздел 6. Полиспасты

В кранах значительной грузоподъемности крюк подвешивают не непосредственно к гибкому органу, а через полиспаст (систему 6локов).

Полиспастом называют систему подвижных и неподвижных блоков, соединенных гибкой связью (канатом), употребляемую для уве­личения силы (силовые) или скорости (cкоростные полиспасты). Наибольшее применение в грузоподъемных машинах находит силовые полиспасты (Рис. 6.1.), позволяющие уменьшить натяжение гибкого грузового органа, момент от веса груза на барабане на передаточное число механизма. Скоростные полиспасты, позволяющие получить повышенные скорости перемещения груза при малых скоростях приводного элемента, значительно реже, например, в гидравлических и пневматических подъемниках.

При грузоподъемности до 5 тонн (49кН) возможно подвешивание крюка к подвижному блоку(Рис. 6.1, а), т.е. на двух нитях; при большей грузоподъемности число нитей не должно быть меньше четырех. В этих случаях применяют сдвоенный полиспаст (Рис. 6.1, б, в, г), что обеспечивает вертикальность подъема груза. При сдвоенных полиспастах канат закрепляют на барабане двумя концами, а для запассовки неподвижных концов каната служит уравнительный блок 2. Каждый полиспаст состоит из двух подвижных 1 и одного неподвижного 3 блоков.

Рисунок 6.1. Схема полиспастов

а – простой двукратный; б – сдвоенный двукратный; в – сдвоенный трехкратный; г – сдвоенный двукратный с уравнительной траверсой А

Передаточное число сдвоенного полиспаста нельзя определять по числу ветвей каната, на которых подвешен крюк, т.к. сдвоенный полиспаст представляет собой два параллельно работающих полиспаста и, следовательно, его передаточное число, или кратность, равна половине ветвей каната.

Блоки, входящие в полиспаст, подразделяют на подвижные, ось которых перемещается в пространстве. На рис. 4.20,а показан неподвижный блок, вращающейся по часовой стрелке под действием усилия S_сбег, преодолевающего усилие S_набег. Вращение блока возможно только в том случае, если усилие S_сбег превышает усилие S_набег на величину, достаточную для преодоления сопротивления сил требования в опоре блока и сопротивления жесткости каната или цепи при их сгибании и разгибании.

К.п.д. полиспаста в целом, имеющего кратность а, определяется как отношение полезной работы при подъеме груза Q на высоту h к затраченной при этом работе, равной , т.е.

(6.1)

При этом максимальное натяжение в системе полиспаста при подъеме груза может быть определено по зависимости:

(6.2)

Усилие в канате, сбегающем с направляющего блока 3,

(6.3)

Усилие в канате, набегающем на барабан, при числе направляющих блоков n

(6.4)

где m - кратность полиспаста, т. е. число ветвей (перерезов) каната в одном полиспасте, на которых подвешен груз;

, - к. п. д. каждого блока полиспаста, учитывающий потери в опорах блока, а также потери, вызываемые жесткостью каната. Значения к. п. д. принимают по соответствующим таблицам.

Минимальное натяжение при спуске груза будет в ветви каната, набегающей на барабан,

(6.5)

При подъеме груза на нескольких полиспастах формула (6.4) принимает вид:

(6.6)

Натяжение каната, сбегающего с барабана при опускании груза

(6.7)

- число полиспастов.

Расчет сдвоенного полиспаста ведут аналогично приведенному выше расчету для одинарного полиспаста, причем каждый полиспаст рассматривают отдельно при действии на него половины общей нагрузки. Если h – высота подъема груза (см. рис. 6.1), то длина каната одинарного полиспаста, наматываемого на барабан,

L = ah,

Где а — кратность полиспаста.

В одинарных полиспастах (рис. 6.1) один конец каната крепится на барабане, а второй конец закрепляется при четной кратности на неподвижном элементе конструкции (рис. 6.1, а), a пpи нечетной кратности — на крюковой обойме.

Развернутая схема обводки каната по блокам одинарного (простого) силового полиспаста приведена на рис. 6.2

При отсутствий сопротивлений в полиспасте, т.е. когда система неподвижна, усилие в любой точке каната полиспаста:

Где G_гр – вес груза; а – число перерезов каната, на которых подвешен груз называют кратностью полиспаста.

Рисунок 6.2. Развернутая схема полиспаста

При подъеме или опускании груза вследствие действия сил сопротивлений в блоках (от жесткости каната и от сил трения в опорах блоков) натяжение отдельных ветвей каната различно.

Обозначим через S₁ натяжение ветви каната, идущей на обводной блок А₁ (Рис. 6.2); следующей ветви – S₂ и т.д. В общем случае при кратности полиспаста а натяжение последней, неподвижно закрепленной ветви каната равно S_а. Сумма проекций всех натяжений на направление действия силы тяжести груза дает равенство:

Соотношение между отдельными натяжениями каната при подъеме груза:

Где η – к.п.д. блока.

Используя эти соотношения, получаем,

(6.8)

Определив сумму геометрической прогрессии (выражение в скобках), определяем соотношение между весом груза и натяжением S₁:

(6.9)

Натяжение S_б каната, подводимого к барабану Б, больше натяжения S₁ вследствие необходимости преодоления сопротивления в обводных блоках А. При количестве обводных блоков, равном t, максимальное натяжение каната при подъеме груза:

(6.10)

При спуске груза максимальное натяжение будет в ветви S_а и равно:

(6.11)

Для сдвоенного полиспаста под длиной L следует понимать длину каната, наматываемого на одну половину барабана от одной половины сдвоенного полиспаста.

Скорость подъема груза v_rp и скорость каната, навиваемого на барабан, связаны между собой соотношением

v= а·v_rp, (6.12)

где _(6.13)

Здесь D – диаметр барабана, измеренный по центру каната.

Необходимая частота вращения барабана для получения скорости v

_(6.14)

Применение силовых полиспастов в грузоподъемных машинах позволяет использовать канаты меньшего размера и, следовательно, уменьшить диаметры барабана и блоков, снизить массу и габариты машины. Увеличение кратности полиспаста приводит к уменьшению передаточного числа редуктора, но одновременно требует увеличения длины каната и канатоемкости барабана. Увеличение числа блоков при повышении кратности полиспаста вызывает увеличение потерь и некоторое возрастание мощности, затрачиваемой на подъем груза, а также увеличивает число перегибов каната, что вызывает некоторое снижение срока службы каната.

Выбор каната, типа и кратности полиспаста является взаимосвязанным процессом с общей компоновкой механизма и с его параметрами, так как кратность полиспаста и диаметр барабана влияют на передаточное число механизма, его габариты и массу, что в свою очередь оказывает влияние на размеры всей грузоподъемной машины, а следовательно, и на размеры здания, где эта машина устанавливается.

Если для подъема груза одного и того же веса G_гр c одинаковой заданной скоростью подъема v_гр применить полиспаст различной кратности, то механизмы подъема будут иметь различные характеристики. Статистическая мощность этих механизмов, необходимая для подъема груза , будет отличаться только вследствие различия в значениях к.п.д., при кратностях, отличающихся незначительно (например, механизмы с кратностью два и четыре), потребная мощность двигателя практически будет одинакова.

Так как максимальные усилия в канатах полиспастов изменяются практически обратно пропорционально кратности полиспаста, то с увеличением кратности уменьшается усилие в канате и его диаметр, а также и диаметр барабана. Скорость наматывания каната на барабан изменяется прямо пропорционально кратности и в полиспасте с большей кратностью имеет большее значение. Тогда при одинаковой заданной скорости груза и одинаковой скорости вращения ротора двигателя передаточное число редуктора, соединяющего двигатель с барабаном, меньше при полиспасте большей кратности как за счет увеличения скорости навивки каната на барабан, так и за счет уменьшенного диаметра барабана.

Скоростные полиспасты (рис. 6.3) отличаются от полиспастов силовых тем, что в них рабочее усилие Р, обычно развиваемое гидравлическим или пневматическим приводом, прикладывается к подвижной обойме, а груз подвешивается к свободному концу каната. Следовательно, они являются как бы обратными по отношению к силовым полиспастам.

Рисунок 6.3. Схема скоростного полиспаста

Расчет скоростных полиспастов принципиально не отличается от приведенного выше расчета силового полиспаста. При перемещении обоймы полиспаста (точка А) на величину h груз перемещается на величину H=ah, где а – кратность скоростного полиспаста и, следовательно, скорость перемещения груза,

,

Где v_A – скорость перемещения обоймы полиспаста.

Усилие Р, необходимое для подъема груза весом G_rp, определяется аналогично предыдущему по зависимости

(6.15)