2.2. Элементы грузоподъемных машин

К элементам ГПМ относятся грузозахватные органы, стальные канаты, блоки, крюковые подвески, полиспасты.

Грузозахватный орган – это входящее в состав ГПМ устройство для подвешивания, захватывания груза. Наибольшее распространение получили грузовые крюки (рис. 18). Они бывают однорогими и двурогими. Изготовляются ковкой или штамповкой из низкоуглеродистой стали ст. 20.

а	б

Рис. 18. Крюки: а – однорогий: 1 – хвостовик,

2 – предохранительный замок, 3 – зев крюка; б – двурогий

Однорогие крюки оборудуются предохранительными замками (скобами), предотвращающими самопроизвольное выпадение из зева съемного грузозахватного приспособления. Размеры и парамет­ры крюков стандартизованы.

Стальной канат – гибкий элемент, передающий усилие и меха­ническое движение. Используется для преобразования вращательного движения барабана в поступательное движение груза, угловое движе­ние стрелы, а также в качестве различных растяжек.

Канаты изготовляют из большого количества отдельных стальных проволок с повышенной прочностью и малой изгибной жесткостью.

В ГПМ применяются преимущественно канаты двойной свивки (рис. 19): сначала проволоки по слоям свиваются в пряди вокруг цен­тральной проволоки, а затем пряди свиваются в канат вокруг сердечни­ка. Сердечники могут быть стальными, асбестовыми и пеньковыми.

Рис. 19. Конструкция стального каната

двойной свивки

Канаты с мягким (пеньковым или асбестовым) сердечником более гибки, чем канаты с жестким (стальным) сердечником, и лучше удер­живают смазку, так как смазка к проволокам поступает не только сна­ружи (канат в процессе эксплуатации регулярно смазывают), но и из­нутри сердечника, пропитанного смазкой.

По способу свивки стальные канаты подразделяются на канаты односторонней свивки и канаты крестовой свивки. В канатах односто­ронней свивки направление навивки проволок в прядях и прядей в ка­нате одно и то же, в канатах крестовой свивки – противоположное.

По типу свивки прядей различают канаты: ТК – с точечным каса­нием проволок между слоями; ЛК – с линейным касанием проволок между слоями; ЛК-О – с линейным касанием проволок между слоями при одинаковом диаметре проволок по слоям пряди; ЛК-Р – с линей­ным касанием проволок между слоями при разных диаметрах проволок в наружном слое пряди; ЛК-РО – с линейным касанием проволок меж­ду слоями, имеющие в пряди слои с проволоками разных диаметров и слои с проволоками одинакового диаметра.

Канаты с линейным касанием проволок в прядях гибче и долго­вечнее канатов с точечным касанием проволок.

Канаты односторонней свивки имеют более ровную поверхность и более полное заполнение площади поперечного сечения, однако склонны к раскручиванию под действием растягивающей нагрузки.

Указанные свойства учитывают при выборе канатов для конкрет­ных ГПМ. Например, в автомобильных кранах применяют стальные канаты двойной свивки с линейным касанием проволок в прядях типа ЛК-Р, состоящие из шести прядей с числом проволок в каждой пряди 19 и одним органическим сердечником (ГОСТ 2688–80).

а	б

Рис.20. Способы крепления каната к барабану:

а – с помощью клина: 1 – канат, 2 – клин, 3 – барабан;

б – накладными планками: 1 – канат, 2 – накладные планки, 3 – барабан

Концы канатов должны быть надежно закреплены на соответст­вующих деталях ГПМ. К барабану канат крепится с помощью клина, прижимающего канат к стенкам барабана (рис. 20, а), или посредством накладных планок, прижимающих канат болтами к поверхности бара­бана (рис. 20, б). К металлоконструкциям и другим деталям ГПМ конец каната крепится петлей на стальном коуше (рис. 21, а), клиновой или конусной втулкой (рис. 21, б, в).

а	б	в

Рис. 21. Способы крепления концов каната: а – на коуше:

1 – обмотка, 2 – канат, 3 – стальной коуш, 4 – сжимы;

б – в клиновой втулке: 1 – втулка, 2 – клин, 3 – обмотка, 4 – канат;

в – в конусной втулке: 1 – втулка, 2 – заливка (свинец, цинк), 3 – обмотка,

4 – канат

Блоки служат для изменения направления движения каната. По своему функциональному назначению подразделяются на направ­ляющие, отклоняющие, поддерживающие, уравнительные.

Рис. 22. Канатный блок: 1 – ручей; 2 – канат; 3 – подшипниковый узел блока; 4 – ось; 5 – обод

Блоки изго­товляют литьем из чугуна или стали. Применяются также канатные блоки, выполненные сваркой или штамповкой. Профиль ручья на обо­де блока (см. рис. 22) выполняют таким, чтобы канат укладывался в него плотно, без лишних зазоров, но не заклинивался в нем.

Крюковая подвеска предназначена для соединения грузового крюка с канатом МПГ. Крюковые подвески бывают нормальные и уко­роченные.

Нормальная подвеска (рис. 23) состоит из двух щек 1, тра­версы 7, в которой на упорном шариковом подшипнике 6 с помощью гайки 5 закреплен грузовой крюк 8. Хвостовик крюка имеет треуголь­ную или трапецеидальную резьбу. Блоки 3 в крюковой подвеске мон­тируются на неподвижной оси 4 и подшипниках качения 2. Траверса, ось блоков, гайка хвостовика фиксируются стопорными планками. В укороченной подвеске крюк установлен непосредственно на оси бло­ков.

Рис. 23. Крюковая подвеска: 1 – щеки; 2 – подшипниковый узел блока; 3 – блоки; 4 – ось блоков; 5 – гайки; 6 – упорный шариковый подшипник; 7 – траверса; 8 – крюк;

Полиспаст – это система, состоящая из подвижных и неподвиж­ных блоков, огибаемых канатом. Блок, ось которого перемещается в пространстве, называется подвижным, а блок, ось которого не пере­мещается в пространстве, – неподвижным.

Различают грузовые и стреловые полиспасты. Грузовой полиспаст входит в состав МПГ, а стреловой – в МИВС. В грузовом полиспасте подвижные блоки расположены в крюковой подвеске, а неподвижные установлены в головке стрелы. В стреловом полиспасте подвижные блоки связаны со стрелой, а неподвижные закреплены на специальной опорной конструкции, называемой порталом.

В ГПМ используются силовые полиспасты, позволяющие полу­чить выигрыш в силе: уменьшить натяжение каната, навиваемого на барабан, а следовательно, и требуемый крутящий момент на барабане. Проигрыш в расстоянии (согласно золотому правилу механики) здесь выражается в увеличении длины (линейной скорости) каната, на­виваемого на барабан, по сравнению с перемещением (линейной ско­ростью) подвижных блоков. Однако этот проигрыш оказывается по­лезным, так как позволяет умень-шить потребное передаточное число редуктора, снизить его вес.

Грузовые полиспасты могут быть одинарными и сдвоенными.

В одинарных полиспастах (рис. 24, а) один конец каната 1 закреп­лен на барабане 2, а другой – на неподвижной части конструкции 3 ГПМ или на крюковой подвеске. Барабан имеет одностороннюю нарез­ку канавок 4 под канат. В сдвоенных полиспастах (рис. 24, б) оба кон­ца каната 1 закреплены на барабане 2. Неподвижный блок 3 играет роль уравнительного блока, выравнивающего усилия в ветвях огибаю­щего его каната. Барабан имеет две встречные нарезки канавок 4. Сдвоенный полиспаст можно рассматривать как состоящий из двух па­раллельно работающих одинарных полиспастов.

а	б

Рис. 24. Полиспасты: а – одинарный: 1 – канат, 2 – барабан, 3 – неподвижная часть конструкции ГПМ, 4 – нарезка бара­бана; б – сдвоенный: 1 – канат, 2 – барабан, 3 – уравнитель­ный блок, 4 – встречная нарезка барабана

Недостатком одинарных полиспастов является неравномерное изменение нагрузки на опоры барабана при подъеме и опускании груза, что приводит к неравномерному износу подшипников. Одинарные полиспасты используются в стреловых кранах, а сдво­енные – в мостовых.

Основной характеристикой полиспаста является кратность. Она показывает, во сколько раз натяжение каната меньше веса поднимае­мого груза. Если предположить, что потери на трение в осях блоков и потери, обусловленные изгибной жесткостью каната, отсутствуют (т.е. полиспаст является идеальным), то сила веса груза будет равномерно распреде-ляться по всем ветвям каната (см. рис. 24, а). Поэтому в любой ветви каната, а следовательно, и в канате в целом растягивающее уси­лие будет меньше веса поднимаемого груза в а раз, где а – количество ветвей каната, на которых подвешен груз.

Длина каната L одинарного полиспаста, наматываемого на барабан, при высоте подъема груза h и кратности полиспаста U_п рассчитывается по фор­муле

L = U_п ·h

Рис. 25. Полиспасты

В общем случае кратность полиспаста (одинарного или сдвоенно­го) определяется отношением числа ветвей каната, на которых подве­шен груз, к числу ветвей, наматываемых на барабан.

В реальном полиспасте максимальное натяжение каната

S_max = G_гр / aη_п ,

где G_гр – вес поднимаемого груза; а – кратность полиспаста; η_п – КПД полиспаста.

При подъеме груза максимальное натяжение каната одинарного полиспаста возникает в ветви, набегающей на барабан: S_max = S₁, при опускании груза – в ветви, закрепленной на неподвижной части конст­рукции ГПМ: S_max = S₄. Аналогичная картина наблюдается в сдвоенном полиспасте.