Раздел 11. Простейшие грузоподъемные механизмы

Простейшими грузоподъемными механизмами называют машины, с помощью которых грузу сообщается движения одного вида ( преимущественно – подъем). К таким машинам относятся домкраты, тали и лебедки различного назначения.

11.1. Домкраты

Домкратами называют подъемные механизмы, используемые при подъеме грузов на небольшую высоту (0,1…1,0м). Домкраты находят применение в ремонтных, монтажных, а иногда и в погрузочно-разгрузочных работах. В отдельных случаях грузоподъемность домкратов достигает до 500 тс и более.

По принципу действия домкраты бывают винтовые, реечные и гидравлические. Привод домкратов ручной или электрический. Схемы домкратов приведены на рис 11.1; 11.2 и 11.3.

Рисунок 11.1. Схема Рисунок 11.2. Схема Рисунок 11.3. Схема

винтового домкрата реечного домкрата гидравлического домкрата

Скорость подъема груза домкратами составляет 10 – 35 мм/мин, вес, в зависимости от грузоподъемности, равен от 4,2 до 300 кг.

Винтовые домкраты имеют несколько разновидностей:

• гайка неподвижная, винт вращается, совершая поступательное движение;

• гайка вращается, не совершая поступательного движения, винт движется поступательно в направляющих;

• гайка совершает поступательное движение без вращения, винт вращается без перемещения.

В двух последних конструкциях домкратов можно применить машинный привод. При ручном приводе для вращения винта применяют трещотку или рукоятку, пропускаемую через отверстие в винте.

В винтовых домкратах при использовании самотормозящего винта достигается безопасность подъема, удержания и опускания груза при отсутствии стопорных устройств.

Для перемещения груза в горизонтальной плоскости винтовые домкраты устанавливают на салазки, по которым домкрат перемещается с помощью горизонтально расположенного винта. Ход горизонтального винта составляет от 200 до 400мм.

Винт домкрата рассчитывается на сжатие и продольный изгиб по формуле:

σ=4Q/πd²_в φ ≤ [σ], (11.1)

где Q - вертикальная нагрузка на винт, кгс;

dв -внутренний диаметр нарезки винта, см;

φ - коэффициент снижения допускаемых напряжений при продольном изгибе (принимается в зависимости от отношения удвоенной свободной длины домкрата к радиусу инерции его сечения 2Z/p);

[σ] - допускаемое напряжение при сжатии, принимаемое обычно в пределах 10—12 кН/см².

Гайка проверяется на удельное давление в нарезке по формуле:

(11.2)

где dн — наружный диаметр резьбы, см;

n - число ниток резьбы в гайке;

q - допускаемое удельное давление, равное 800—1200 Н/см² для стали по бронзе и 40—60 кгс/см² для стали по чугуну.

Усилие на рукоятке домкрата, в котором подъем осуществляется вращением винта, определяется по формуле винтовой пары:

P=Qtg(α+p)r/R, (11.3)

α – угол подъема резьбы винта;

tgα=2S/(d_н - d_в) π; (11.4)

р — угол трения резьбовой пары, принимаемый 0,1—0,12;

r — средний радиус резьбы, см;

R—длина рукоятки, см.

Если подъем осуществляется вращением гайки, то необходимо учесть трение гайки о станину. Формула в этом случае примет вид:

P=Qtg(α+p)r/R+Qfr₂ , (11.5)

где f — коэффициент трения гайки о станину, принимаемый равным 0.1 – 0.15 при опоре скользящего трения и 0.02 – 0.03 при опоре качения;

r₂ - средний радиус опорной поверхности гайки, см.

Коэффициент полезного действия винта равен:

η= tgα/ tg(α+p) (11.6)

Условие самоторможения - обеспечивается, когда α < ρ.

Для винтовых домкратов обычно применяют упорную резьбу, имеющую более высокий к. п. д. и более высокую стойкость к износу.

Недостатками винтовых домкратов являются малая скорость подъема (15 – 35 мм/мин) и низкий к.п.д. (0,3 – 0,4).

В реечном домкрате подъем груза осуществляется «рейкой», перемещение которой достигается посредством вращения шестерни 4. На конце вала шестерен имеется рукоятка 1 и храповик. К корпусу домкрата крепится собачка 2. Храповое устройство устанавливают ввиду того, что механизм реечного домкрата не обладает свойством самоторможения. Это устройство предупреждает самопроизвольное опускание груза, а опустить груз можно при вращении ручки в обратную сторону.

Для предохранения выхода из зацепления рейки с шестерней устанавливают ограничители.

Поднимаемый груз находится непосредственно на зубчатой рейке (башмаке или головке), приводимой в движение рукояткой через передаточные шестерни.

Усилие на рукоятке рычага домкрата равно:

P=Qd²l₁/D²lη, кгс (11.7)

где D - диаметр цилиндра см;

d - диаметр поршня насоса, см;

l – длина большего плеча рычага, см;

l₁ - длина меньшего плеча рычага, см;

η - к. п. д., равный 0.7 – 0.8;

Q - грузоподъемность домкрата, H;

Р - усилие, прикладываемое к рычагу, H.

Плечи приводных рукояток принимают равными 200—250 мм, ось вращения их от уровня опорной поверхности домкрата 500 мм.

Усилие Р, прикладываемое к приводной рукоятке домкрата, определяется из уравнения:

P=1/η∙r/l∙Q , кгс (11.8)

где η - к. п. д. передачи, равный 0,8;

r - радиус начальной окружности шестерни, см;

l - длина плеча рукоятки, см;

Q - вес поднимаемого груза, H.

Диаметр начальной окружности шестерни, находящейся в зацеплении с рейкой, определяется из уравнения:

D=zt/π, (11.9)

где z - число зубьев;

t - шаг зацепления.

Количество зубьев малых шестерен зубчатых передач принимают равным z = 4 - 5. Материал шестерен - сталь марок Ст.5 и Ст.45 или стали с низким содержанием углерода с последующей цементацией и закалкой.

Передаточное число определяется из соотношения:

i=Qr/Plη=момент груза/момент силы× к.п.д. , (11.10)

где Q - поднимаемый груз, кг;

r - радиус ведущей шестерни, cм;

Р - сила, приложенная к рукоятке, принимаемая равной 30 кгс;

l - длина плеча рукоятки, равная 200—250 мм;

η - к. п. д., равный 0,65—0,8.

В зависимости от величины передаточного числа определяют количество передаточных пар. Передаточные числа для каждой пары зубчатых передач принимают равными 3 - 4.

Размеры зубчатой рейки определяют из расчета на сжатие от силы Q и на изгиб - от момента, возникающего при эксцентричной нагрузке. Материал реек - Ст.45 по ГОСТ 1050—60.

Гидравлический домкрат представляет собой грузоподъемный механизм, применяемый для подъема тяжелых грузов. Насос домкрата, приводимый в действие рукояткой, способен создавать давление жидкости до 500 атм, которая подается в цилиндр и поднимает поршень. Груз устанавливается на поршень и поднимается вместе с ним.

Основными частями домкрата являются: стальной или чугунный цилиндр, поршень, насос с клапанами, корпус и рукоятка.

Передаточное число доходит до 6000 и определяется из уравнения:

i=D²lη/d²l₁. (11.11)

Гидравлические домкраты обеспечивают плавный подъем груза, точность остановки на нужном уровне, обладают свойством самоторможения и высоким к. п. д. (0,7-0,8).

В качестве рабочей жидкости в гидродомкратах применяют минеральные масла, глицерин, спирт и, в летнее время воду.