Схема механизма подъема груза. Проверка работы механизма подъема груза крана в режиме неустановившегося движения

В механизме подъема используют цилиндрические барабаны, которые имеют правое и левое направления нарезки, шаг не менее 1,1 диаметра каната. Канат, который наматывается на барабан, укладывается в канавках, глубина которых не меньше 0,5 dK. Оптимальный радиус канавки – 0,53 dj. Канат образует витки, которые находятся друг от друга на определенном расстоянии.

Применяя барабаны с канавками, можно обеспечить правильную укладку каната и снизить контактное напряжение между ним и барабаном, а происходит это за счет увеличения площади контакта. Следовательно, повышается срок эксплуатации каната. Витки каната, который намотан на барабан, одинакового диаметра.

При постоянной угловой скорости барабана можно получить стабильную скорость навивки.

Схема устройства литейного барабана

Схема устройства литейного барабана

Между барабаном и канавками размещена гладкая ненарезная часть. В большинстве случаев концы каната закрепляются по краям барабана. При этом спускающиеся с барабана ветви каната подводятся к наружной стороне подвески, а при наматывании каната на барабан он навивается от краев к середине.

Во вращение барабан приводят:

• в механизме подъема средней и малой грузоподъемности — встроенная зубчатая форма;
• в механизмах подъема большой грузоподъемности — зубчатое колесо открытой зубчатой передачи.

В первом случае все выполняется так: подшипник устанавливают в корпусе, который закрепляется на раме тележки. Подшипник цапфы находится внутри полости, которая выполнена на окончании тихоходного вала редуктора.

Зубчатый венец, являющий собой одно целое с валом редуктора, и диск барабана, у которого есть внутренние зубцы, образуют зубчатую муфту.

Крановый барабан в сборе со ступицей и опорой подшипника

Соединяется диск с барабаном болтами. В данном соединении подшипник цапф служит сферической опорой, так как во время вращения барабана оба кольца вращаются с равной скоростью. Муфта дает долговечность и повышенную надежность.

Также втулка может состоять из втулки, которая устанавливается на конце выходного вала редуктора, двух колец, соединенных болтами и фланца, прикрепленного к диску барабана. Рабочие площади фланца и втулки выполняются в виде гнезд, в них установлены бочкообразные ролики.

При соединении зубчатого колеса с диском барабана крутящий момент передается через запрессованные втулки, а барабан с колесом скрепляются болтами и гайками.Рассчитывая втулки на смятие и на срез, их число должно равняться 0,75 от общего числа втулок.

Важно: накладок не должно быть меньше двух!

Канаты могут крепиться:

1. на гладкой части;
2. на углубленной части;
3. на нарезанной части.

Расчет диаметра болтов для укрепления накладок происходит на основе того, что на барабан при нижнем крайнем положении подвески соответственно Правилам Госгортех надзор должно оставаться не меньше полутора канатных витков, которые называются разгружающими.

Схема устройства барабана с открытой зубчатой передачей

При сдвоенном полиспасте общая длина барабана определяется как сумма двух длин нарезных рабочих участков, одного среднего гладкого участка, двух участков для размещения разгружающих витков, и двух участков для витков, которые служат для укрепления конца каната накладками.

Во время натяжения каната его витки создают сжимающую нагрузку похожую на внешнее распределенное радиальное давление, проложенное к поверхности барабана. По мере того, как удаляются места, ветви каната сбегают с барабана, давление уменьшается, потому что по причине сжатия цилиндрической оболочки барабана под некогда навитыми витками усилия в будущих витках уменьшаются. Помимо этого, барабан подвергается изгибу и кручению.

Часть информации для статьи была позаимоствована с сайта http://stroy-technics.ru

Схемы механизмов подъема

Принципиальная схема механизма подъема представлена на рис. 115. Обычно эти механизмы состоят из зубчатого цилиндрического или червячного редуктора, соединенного муфтой с электродвигателем. Выходной вал редуктора соединяется с барабаном.

В качестве моторной муфты часто применяют упругую пальцевую муфту МУВП (нормаль машиностроения МН 2096-61) или зубчатую муфту (ГОСТ 5006-55).

У механизмов подъема груза, имеющих неразмыкаемую кинематическую связь барабана с двигателем, в качестве тормозного шкива можно использовать одну из полумуфт соединения двигателя с редуктором. Если эта муфта является упругой (МУВП , пружинная и т. п.), то в качестве тормозного шкива, согласно правилам Госгортехнадзора, допустимо использование только полумуфты, находящейся на валу редуктора. При этом упругие элементы муфты при торможении освобождаются от действия грузового момента, вследствие чего срок службы их увеличивается.

Рис. 1. Схема механизма подъема с механическим приводом

Рис. 2. Муфты с тормозным шкивом:
а - муфта МУВП ; б - муфта зубчатая

У механизмов с фрикционными или кулачковыми муфтами включения (обычно это случай приведения в движение нескольких механизмов от одного двигателя, например автомобильные краны и т. п.) тормозной шкив должен быть скреплен непосредственно с барабаном или установлен на валу, имеющем жесткую кинематическую связь с барабаном.

Согласно правилам Госгортехнадзора, механизмы подъема груза и изменения вылета стрелы выполняют так, что опускание груза или стрелы возможно только двигателем. Механизмы грузоподъемных машин, оборудованные кулачковыми, фрикционными или другими видами приспособлений, для переключения диапазонов скоростей рабочих движений устраивают так, что самопроизвольное включение или расцепление механизма невозможно. У лебедки подъема груза и стрелы, кроме того, исключается возможность переключения скорости под нагрузкой, а также отключение механизма лебедки без предварительного наложения тормоза. Применение фрикционных и кулачковых муфт включения на механизмах, предназначенных для подъема людей, расплавленного или раскаленного металла, ядовитых и взрывчатых веществ не допускается.

Особенности соединения барабана с редуктором оказывают существенное влияние на конструктивные и эксплуатационные качества механизма подъема. Существует несколько вариантов выполнения этого узла. Первым вариантом является схема с установкой вала барабана на двух самостоятельных опорах и соединением вала барабана с валом редуктора посредством муфты. Так как опоры барабана независимы от редуктора, то при сборке возможно возникновение некоторых погрешностей. Поэтому соединительная муфта является компенсирующей. Весьма удобно применение для этой цели удлиненной зубчатой муфты, допускающей значительное относительное смещение соединяемых валов, что упрощает процесс монтажа механизма. Соединения, выполненные по данной схеме, отличаются надежностью в работе, удобством монтажа и обслуживания механизма, но имеют относительно большие габариты.

Уменьшение габаритов может привести к применению двух- и трехопорных валов механизма подъема, в которых вал барабана является одновременно выходным валом редуктора. Двухопорный вал получается весьма тяжелым. Кроме того, неточность установки отдельной опоры барабана приводит к нарушению точности зацепления в редукторе. Трехопорный вал очень чувствителен к неточностям монтажа. В обоих случаях становится невозможной отдельная сборка и обкатка редуктора, что нарушает принцип создания блочной конструкции. Поэтому эти две схемы не получили широкого применения.

В некоторых конструкциях крутящий момент на барабан передается при помощи открытой зубчатой пары. В этом случае зубчатое колесо можно закрепить на валу барабана или установить непосредственно на барабане, тогда ось барабана будет работать только на изгиб. Так как обычно зубчатые передачи для повышения их надежности и износоустойчивости помещают в закрытые корпуса, то эти схемы не находят широкого применения и используются только в ручных и специальных механизмах (например, в двух-барабанных приводах литейных кранов).

Для получения статической определимости валов и создания блочной и компактной конструкции наиболее рациональна установка одной из опор оси барабана внутри консоли выходного вала редуктора. Конструктивное выполнение этого узла показано на рис. 4. Конец выходного вала редуктора выполняют в виде поло вины зубчатой муфты; вторая половина муфты укреплена на барабане. в этом случае и вал редуктора, и ось барабана установлены на двух опорах. Ось барабана работает только на изгиб.

Рис. 3. Схемы соединения барабана с редуктором

В современных кранах все большее применение находят редукторы, увешиваемые непосредственно на ведомый вал. При этом исключает-трудоемкая работа по выверке установки и центровке редуктора, ижаются требования к точности изготовления и к жесткости рамы механизма. Особенно целесообразны навесные редукторы при использовании фланцевых электродвигателей, так как тогда полностью устраняются все подгоночные работы.

Рис. 4. Типовая конструкция соединения барабана с валом редуктора при помощи зубчатой муфты

На конструкцию механизма подъема оказывает существенное влияние кратность полиспаста. Выбор кратности полиспаста производится на основе конструктивного анализа выбранной схемы механизма. В кранах, где канат наматывается на барабан, не проходя через направляющие блоки (например, в мостовых кранах), для обеспечения строго вертикального подъема груза применяют сдвоенные полиспасты. В кранах, где канат перед навивкой на барабан проходит через направляющие блоки, сдвоенные полиспасты обычно не применяют (за исключением некоторых конструкций стреловых кранов) и используют одинарные полиспасты с кратностью, более высокой, чем у сдвоенных.

В механизмах подъема подвес груза на одной ветви каната применяют только в кранах малой грузоподъемности (до 1-3 т). В стреловых (портальных) кранах, имеющих большую высоту подъема груза, подвес на одной ветви применяется при грузоподъемности 5 и даже 10 т. При грузоподъемности до 25 т обычно применяют двух-, трех- и четырехкратные полиспасты. А при еще больших грузоподъемностях кратность полиспаста достигает 12.

Полиспасты с нечетной кратностью могут вызвать перекос крюковой подвески, поэтому полиспасты с четной кратностью являются более предпочтительными к употреблению. Унификация механизмов подъема кранов различной грузоподъемности достигается путем изменения кратности полиспаста для получения примерно одинаковых крутящих моментов от груза и потребной мощности электродвигателя. Это позволяет применять в кранах различной грузоподъемности одинаковые электродвигатели, редукторы, барабаны, блоки, канаты, тормоза и т. п.

Большое применение находят механизмы подъема с пневмоприводом. Для работы во взрывоопасной среде такие подъемники выпускают с цепями из специальной стали, не вызывающей образования искр, и с бронзовыми грузовыми крюками. Пневматические оршневые подъемники могут быть с вертикальным или горизонталь-ьш Расположением рабочего цилиндра. Давление воздуха в таких подъемниках применяется в пределах от 2 до 12 am, грузоподъемность их от 10 кГ до 5 т\ диаметр рабочих цилиндров от 30 до 300 мм; высота подъема от 50 до 2000 мм. Подъемник имеет цилиндр двойного действия. Управление осуществляется при помощи двухкнопочного распределителя, соединенного с цилиндром двумя воздухопроводами. Скорость подъема регулируется бесступенчато; в любом положении крюка подъемник можно остановить. В зависимости от грузоподъемности и диаметра воздухопровода скорость подъема составляет 0,1-0,5 м/сек.

Рис. 5. Пневматические подъемники

Подъемник с консольным грузозахватным механизмом рассчитан на восприятие изгибающего и опрокидывающего моментов. Грузоподъемная консоль жестко закреплена на дополнительной полноповоротной направляющей трубе, перемещающейся по наружной поверхности пневматического цилиндра; направляющая труба присоединена к штоку поршня. Тележка для подвески подъемника выполнена двухрельсовой. Расположение пневматических подъемников с использованием отклоняющих роликов и полиспастов показано на рис. 5, в.

Высота подъема крюка подъемника, показанного на рис. 5, в, в два раза превышает ход поршня. Значительная высота подъема при минимальных габаритных размерах подъемника достигается по схеме с горизонтальным расположением рабочего цилиндра. Горизонтальное движение штока преобразуется при помощи отклоняющих роликов в вертикальное движение крюка. При повышенной чистоте рабочих поверхностей цилиндра и поршня и при хорошем качестве и конструкции уплотнений к. п. д. пневматических поршневых подъемников достигает 0,9 - 0,93. При наличии встроенного полиспаста высота подъема груза таких подъемников может достигать до 9 м.

В кранах, оборудованных грузовым электромагнитом, механизм подъема должен иметь еще специальный кабельный барабан для гибкого кабеля, подающего электроэнергию к магниту. Кабельный барабан располагается на отдельном валу и приводится в движение от вала грузового барабана при помощи цепной или зубчатой передачи. От электросети ток подается к вращающемуся барабану при помощи кольцевого токосъемника со скользящими контактами.

Механизмы подъема кранов-штабелеров выполняются с применением канатных или цепных грузовых органов. Наибольшее применение получают канатные механизмы подъема, в которых широко используются нормальные узлы и элементы других типов грузоподъемных машин. Очень часто в качестве механизма подъема используются электрические тали, имеющие микропривод, что обеспечивает точную установку груза в ячейках стеллажей.

Преимуществом цепных механизмов подъема является их компактность. Недостатком цепных механизмов подъема является относительно высокая стоимость цепи и трудность размещения ее холостой ветви.

В кранах-штабелерах, имеющих управление из кабины, поднимающейся вместе с грузовым захватом, обычно применяют канаты как более надежный гибкий грузовой орган или привод подъема груза выполняют цепным, а привод подъема кабины-канатным. При малых высотах подъема груза краном-штабелером применяют цепные механизмы подъема, оборудованные гидроцилиндрами, аналогичные механизмам подъема погрузчиков. В этом случае гидроцилиндр располагается вертикально на колонне крана и плунжер цилиндра, поднимающийся вверх, оборудован двумя подвижными блоками, через которые перекинуты две грузовые пластинчатые цепи, прикрепленные к грузовой каретке.

Рис. 6. Механизм подъема магнитной крюковой тележки

Грейферные лебедки двухканатных грейферов имеют два барабана - один для подъемного, другой для замыкающего каната. Производство работ двухканатным грейфером требует осуществления раздельной работы каждым барабаном. Так, при зачерпывании груза наматывается на барабан замыкающий канат, а подъемный канат имеет некоторую слабину даже при заглублении грейфера. При подъеме и спуске грейфера оба барабана вращаются совместно. При раскрытии висящего грейфера барабан подъемного каната неподвижен, а барабан замыкающего каната вращается на спуск. При раскрытии поднимающегося или опускающегося грейфера необходимо вращение сбоих барабанов, но с различной скоростью.

Грейферные лебедки подразделяют на две группы - одномоторные и двухмоторные. Одномоторные лебедки имеют двигатель, кинематически жестко связанный с валом замыкающего барабана. Барабан подъемного каната связан с двигателем посредством жесткой связи, выключаемой по мере необходимости посредством фрикционной связи. Выключение жесткой связи подъемного барабана производится при помощи сцепной управляемой муфты. Барабан может удерживаться в неподвижном состоянии при замыкании тормоза. При зачерпывании тормоз замкнут, барабан 6 неподвижен, муфта разомкнута и фрикцион проскальзывает.

По окончании зачерпывания начинается вращение подъемного барабана на подъем под действием фрикциона, при этом тормоз разомкнут. Для раскрытия грейфера тормоз замыкается и останавливает барабан, а барабан замыкающего каната работает в сторону спуска. Последующий подъем или спуск раскрытого грейфера требует размыкания тормоза и включения муфты, так как иначе челюсти самопроизвольно закроются, провернув слабый фрикцион, который служит исключительно для автоматизации перехода от черпания к подъему. Он создает минимальное натяжение подъемного каната, необходимое для устранения его слабины и преодоления инерции массы барабана. Излишнее натяжение подъемного каната отрицательно влияет на протекание процесса зачерпывания. Существенным недостатком одномоторной лебедки является невозможность совмещения движений (открытия - закрытия челюстей) на ходу.

Рис. 7. Одномоторная грейферная лебедка:
а - схема механизма; б - изменение усилия в канатах в процессе работы

При применении лебедки по приведенной схеме нагрузка на канаты весьма неравномерна. При перемещении наполненного грейфера вес груза Q и самого грейфера G воспринимается полностью замыкающим канатом, в то время как подъемный канат почти не нагружен. При подъеме или спуске порожнего грейфера основную нагрузку воспринимает подъемный канат, а замыкающий канат разгружен.

Рис. 8. Двухмоторная грейферная лебедка с независимыми барабанами:
а - ехема механизма; б -изменение усилия в канатах в процессе работы; 1 - замыкающий канат; 2 - подъемный канат

Общим недостатком одномоторных лебедок является наличие быстроизнашивающихся сцепных муфт и фрикционов; они применяются главным образом при небольшой производительности и грузоподъемности. Основное применение находят двухмоторные лебедки, которые могут осуществлять любое совмещение операции, что значительно повышает производительность крана. Управление двухмоторными лебедками более простое и безопасное, однако суммарная мощность обоих двигателей двухмоторной лебедки на 20-50% больше мощности Двигателя одномоторной лебедки. Наибольшее применение в качестве Двухмоторных лебедок имеют грейферные лебедки, состоящие из двух однотипных, нормальных крановых однобарабанных лебедок с независимыми электродвигателями. Одна лебедка предназначена для подъемного и другая для замыкающего каната. При зачерпывании груза работает двигатель замыкающей лебедки, который в конце зачерпывания нагружен полным весом груженого грейфера. Двигатель подъемной лебедки выключен, а тормоз этой лебедки разомкнут для поддержания слабины подъемного каната. Затем включается двигатель подъемной лебедки, скорости и нагрузки выравниваются и подъем груженого грейфера производится при практически одинаковом усилии подъемных и замыкающих канатов. Так как перегрузка замыкающего двигателя в конце процесса черпания кратковременна, то оба двигателя с некоторым запасом принимают одинаковой мощности, равной 0,6 суммарной мощности, необходимой для подъема груженого грейфера. Такие лебедки весьма просты по устройству и достаточно просты в эксплуатации.

Рис. 9. Двухмоторная грейферная планетарная лебедка

Широко применяются также грейферные двухмоторные лебедки с планетарной связью между барабанами. Одна из схем таких лебедок представлена на рис. 9. Эта лебедка имеет два двигателя различной мощности. Подъемный двигатель жестко связан с подъемным барабаном и зубчатой обоймой планетарной передачи. Замыкающий двигатель вращает солнечное колесо планетарной передачи. Замыкающий барабан получает вращение через шестерню, соединенную водилом планетарной передачи, на котором сидят оси сателлитов. При зачерпывании груза двигатель заторможен. Работает только двигатель, вращающий замыкающий барабан через колесо и водило. Сателлиты катятся по неподвижной обойме. При подъеме или спуске грейфера двигатель заторможен и работает двигатель, вращая с одинаковой скоростью оба барабана. При этом вращается зубчатая обойма и сателлиты катятся по неподвижному колесу, приводя в движение водило и замыкающий барабан. Для открытия или раскрытия челюстей на ходу во время работы двигателя включается двигатель, ускоряющий или замедляющий вращение водила, а следовательно, и замыкающего барабана.

Мощность подъемного двигателя выбирается равной необходимой мощности подъема груженого грейфера; мощность замыкающего двигателя - равной 0,5 мощности подъема при скорости каната во время зачерпывания, равной скорости подъема грейфера. Суммарная мощность равна 1,5 мощностям подъема. Тормоз двигателя рассчитывается как для механизма подъема на полный вес груженого грейфера. Тормоз двигателя рассчитывается только на 50% веса груженого грейфера, вследствие чего при переходе от процесса зачерпывания к подъему груженого грейфера после выключения двигателя 5 происходит выравнивание натяжений канатов из-за проскальзывания тормоза. Так как величина тормозного момента может быть непостоянна, то в расчетах обычно не учитывают возможности выравнивания натяжения канатов и с некоторым запасом принимают распределение нагрузки между канатами таким же, как в одномоторной лебедке.

Рис. 10. Схема многоскоростного механизма подъема с планетарной муфтой

Во многих случаях в механизмах подъема грузоподъемных машин необходимо производить изменение скорости подъема и спуска груза в зависимости от характера выполняемой операции и от величины груза. Эта необходимость вызвала появление многоскоростных грузовых подъемных механизмов.

Так, в механизме подъема мостового крана грузоподъемностью 15 т получение двух скоростей достигается путем применения двух приводных двигателей и планетарной муфты. Барабан механизма подъема вращается от основного электродвигателя через двухступенчатый цилиндрический редуктор, а при работе на малой скорости от вспомогательного двигателя, который соединяется с барабаном через ротор основного двигателя, планетарную зубчатую муфту и одноступенчатый цилиндрический редуктор. В механизме имеется три тормоза: у основного двигателя - тормоз, У вспомогательного двигателя - тормоз 9 и на ободе планетарной муфты - тормоз.

При работе на нормальной скорости тормоз вспомогательного двигателя замкнут, а остальные тормоза размыкаются. При работе на малой установочной скорости включается вспомогательный двигатель, наружный обод планетарной муфты затормаживается тормозом, а тормоза размыкаются. Если тормоз планетарной мУфты при работе основного электродвигателя из-за какой-либо неисправности не размыкается и наружный обод муфты остается заторможенным, то ротор вспомогательного двигателя вращается с повышенным числом оборотов, что может вызвать поломку двигателя. Для предотвращения такой опасности механизм снабжен двумя центробежными выключателями. Выключатель размыкает цепь управления при двойном числе оборотов ротора основного электродвигателя и останавливает механизм при выходе из строя планетарной муфты или при неисправности ее тормоза во время работы на малой скорости от вспомогательного электродвигателя. Выключатель размыкает цепь управления при двойном числе оборотов ротора вспомогательного двигателя и останавливает механизм подъема при неисправности тормоза при работе на большой скорости от основного электродвигателя.

Водило планетарной муфты соединяется с задним концом вала ротора основного двигателя. На осях водила закреплены два сателлита, находящиеся в зацеплении с солнечным колесом и зубчатым венцом, закрепленным в корпусе. Корпус соединен болтами с тормозным шкивом. Вал солнечного колеса соединяется с выходным валом цилиндрического редуктора, быстроходный вал которого соединен с валом вспомогательного двигателя.

При включении вспомогательного двигателя вращение передается через солнечное колесо и сателлиты на водило, которое приводит во вращение вал основного двигателя, редуктор и барабан. При этом тормоз замкнут и зубчатый венец планетарной муфты неподвижен. При работе от основного двигателя вращение передается водилу, а от него сателлитам. Солнечное колесо 6 остается неподвижным, так как тормоз вспомогательного двигателя замкнут, а двигатель не включен. Сателлиты обкатываются по солнечному колесу и приводят во вращение зубчатый венец. Тормоз планетарной муфты разомкнут и обод ее вращается свободно.

Описанная система обеспечивает при основной скорости подъема, равной 8 м/мин, получение посадочных скоростей, равных 0,65 м/мин. Использование планетарных передач позволяет создать механизмы, отличающиеся особой компактностью.

На рис. 12 представлена кинематическая схема многоскоростного механизма подъема крана, обеспечивающая получение двух скоростей подъема и трех скоростей спуска, что позволяет точно устанавливать монтируемые краном элементы.

Рис. 11. Планетарная муфта

На рис. 13 показан разрез по барабану этого механизма с встроенным в него планетарным редуктором. Механизм состоит из двух одинаковой мощности двигателей с короткозамкнутым ротором, двух двухступенчатых редукторов и барабана со встроенной в него планетарной передачей. Вал барабана разрезной, что дает возможность варьировать скорости вращения барабана в широких пределах.

При включении одного из двигателеи, например двигателя и разомкнутом тормозе (при этом двигатель неподвижен и тормоз замкнут) шестерня, вращаясь вместе с валом, приводит во вращение находящуюся с ней в зацеплении шестерню, которая, в свою очередь, находится в зацеплении с шестерней. Шестерня обегает вокруг шестерни, которая остается неподвижной, так как электродвигатель и вал не вращаются. В этом случае барабан вращается со скоростью, обеспечиваемой передаточным числом редуктора и планетарной передачей 3-11.

Рис. 12. Схема многоскоростного механизма подъема башенного крана МСК 5/20

При включении обоих электродвигателей так, что шестерни вращаются в одну сторону, скорость вращения барабана увеличится пропорционально передаточному отношению редуктора. При вращении электродвигателей, а следовательно, и шестерен в разные стороны скорость вращения барабана уменьшается.

Таким образом, при спуске груза наименьшая посадочная скорость получается при включении обоих двигателей в разных направлениях; наибольшая скорость - при включении обоих двигателей в одном направлении и средняя скорость - при включении одного из двигателей. При подъеме груза используются две скорости - первая при работе одного двигателя и вторая - при работе обоих двигателей, включенных в одном направлении.

В электроталях часто применяется так называемый микропривод, обеспечивающий получение малых посадочных скоростей. На рис. 14 представлен микропривод механизма подъема тали ТЭ -ВНИИПТмАШ. Таль имеет основной двигатель, встроенный в барабан, обеспечивающий подъем груза со скоростью 8 м/мин. Для получения микроскоростей (равных для талей грузоподъемностью 1 и 2, 3, 5 т соответственно 1, 0,6, 0,5 м/мин) таль снабжается микроприводом, состоящим из двигателя типа АОЛ малой мощности, соединяемым через зубчатую пару и электромагнитную дисковую муфту сцепления с быстроходным валом механизма подъема. При включении основного двигателя вал микропривода вращается вхолостую, а зубчатая пара 2 остается неподвижной. При включении двигателя микропривода одновременно включается электромагнитная муфта и вращение передается от микродвигателя через зубчатую пару на вал редуктора механизма подъема.

Рис. 13. Барабан со встроенным планетарным редуктором

Рис. 14. Микропровод тали ТЭ-ВНИИПТМАШ

В механизмах подъема лифтов в настоящее время применяют лебедки с канатоведущими шкивами, в которых отсутствует жесткое соединение кабины и противовеса с ведущим элементом подъемного механизма - канатоведущим шкивом. Тяговое усилие в канатах создается трением между канатом и стенками ручьев шкивов. Конструкция лифтов этого типа отличается малыми габаритами, простотой, повышенной безопасностью работы и значительно большими возможностями унификации, так как одна и та же лебедка может употребляться для зданий различной этажности.

В безредукторных лебедках канатоведущий шкив и шкив тормозного устройства размещаются на валу ротора тихоходного электродвигателя постоянного тока, работающего по так называемой системе генератор - двигатель. Благодаря отсутствию механических передач конструкция безредукторной лебедки получается более компактной, несмотря на то, что тихоходный электродвигатель имеет значительно большие размеры, чем обычный электродвигатель той же мощности. Однако в безредукторный привод входят другие электрические машины и устройства, которых нет в редукторном приводе. Безредукторные лебедки благодаря электрорегулированию позволяют обеспечить плавное, бесступенчатое изменение скорости в широком диапазоне, что повышает плавность пуска и остановки, точность остановки и уменьшает шум и вибрации. Они получили широкое применение при скоростях движения кабин от 2 м/сек и выше. Для меньших скоростей более легкими и экономичными оказываются редукторные лебедки.

К атегория: - Подъемно-транспортные машины

Цель работы: изучить различные кинематические схемы механизма подъема мостового крана.

2.1 Задание

Таблица 1.1

Исходные данные

№ варианта	Грузоподъемность, т	Высота подъема, м	Скорость подъема, м/мин	режима работы	Кратность полиспаста	Число напр. блоков

2.2 Указания к выполнению задания

Непременным и наиболее ответственным элементом любой ГПМ является механизм подъе­ма.

В зависимости от грузоподъемности и условий эксплуатации применяют механизмы подъе­ма с ручным или машинным приводом.

Машинный привод может быть индивидуальным (каж­дый механизм ПТМ имеет собственный двигатель) либо групповым (все механизмы ПТМ приводятся в действие от одного двигателя).

На рисунке 2.1показана кинематическая схема механизма подъема мостового крана. Механизм состоит из двигателя 1, соединительной муфты с тормозным шкивом 2, на которую насажен тормоз 3. муфта служит для соединения концов валов двигателя и редуктора 4. Муфта 5 соединяет между собой конец вала редуктора и барабана 6. На барабан наматывается канат 7, который огибает блок 8. Для соединения груза с мостовым краном используется крюковая подвеска.

При расчете механизма подъема решаются следующие задачи:

Определение разрывного усилия каната и выбор стандартного каната;

Выбор барабана и расчет его параметров;

Определение мощности двигателя и выбор типа двигателя;

Выбор редуктора;

Выбор соединительных муфт;

Определение потребного тормозного момента и выбор типа тормоза.

Рисунок 2.1. Кинематическая схема механизма подъема

В качестве гибкого органа для подвешивания грузов в подавляющем большинстве случаев применяется стальной проволочный канат.

В соответствии с требованиями международного стандарта ИСО 4301/1, стальные канаты подбираются по разрывному усилию :

где F 0 - разрывное усилие каната в целом Н, принимаемое по сертификату;

S - наибольшее натяжение ветви каната, определяемое при подъеме номинального груза с учетом потерь на блоках полиспаста и на обводных блоках, но без учета динамических нагрузок;

Z p - минимальный коэффициент использования каната (минимальный коэффициент запаса прочности каната), определяемый по таблице 2 и 3 .

Наибольшее натяжение ветви каната определяется по формуле:

где а - число ветвей каната, наматываемых на барабан;

η бл - КПД блока; можно принять: КПД блока, установленного на подшипниках качения 0,98; на подшипниках скольжения 0,96;

i п – кратность полиспаста;

n – число направляющих блоков.

Определив разрывное усилие и задавшись пределом прочности стальной проволоки, по справочным таблицам подбирается канат. Наибольшее распространение нашли канаты типа ЛК-О, ЛК-Р, ТЛК, ТЛК-О. Выбрав канат, устанавливают его диаметр d.

От выбора схемы установки грузового барабана в дальнейшем зависит конструкция всего узла барабана. Существует несколько схем установки барабана:

а) выходной вал редуктора соединяется с валом барабана с помощью муфты общего значения (рекомендуется жесткая компенсирующая муфта) (рисунок 2.2, а). Достоинством этой схемы являются: простота конструкции, удобство монтажа и обслуживания. Недостатки: значительные габариты; необходимость использования вала (для установки барабана), нагруженного крутящими и изгибающими моментами.

б) барабан соединяется с редуктором посредством зубчатой передачи (рисунок 2.2, б). Ведомое колесо передачи жестко крепится к фланцу барабана (разъемное или неразъемное соединение), таким образом, барабан устанавливается на оси, разгруженной от крутящих моментов, что является достоинством данной схемы. Недостаток - наличие открытой зубчатой передачи, подлежащей расчету. Данная схема применяется в том случае, если в результате расчета не удается подобрать редуктор со стандартным передаточным отношением.

в) вал барабана и выходной вал редуктора совмещены в одной конструкции (рисунок 2.2, в). Достоинства данной схемы в малых габаритах и простоте конструкции. Недостатки: наличие трехопорного вала (затруднена точная установка в опорах), необходимость вести совместный монтаж редуктора и барабана.

Рисунок 2.2. Схемы установки барабанов.

г) выходной вал редуктора соединяется с барабаном с помощью специальной зубчатой муфты, встроенной в барабан (рисунок 2.2, г). Эта схема требует применение специальных крановых редукторов, выходной вал которых, имеет зубчатый фланец. Достоинства схемы: компактность; установка барабана на оси, которая разгружена от крутящих моментов. Недостатки: затруднен доступ к зубчатой муфте, при монтаже и ремонте; необходимо обязательное соответствие размеров редуктора и барабана.

В ходе расчета определяются геометрические параметры барабана – диаметр барабана и его длина. Диаметр барабана, замеренный по центрам сечения витка каната (рисунок 3), определяется:

где h 1 – коэффициент выбора диаметра барабана, определяемый по таблице 5 .

Приняв диаметр барабана, следует найти диаметр барабана по дну канавки:

Рисунок 2.3. Параметры барабана

Полученное значение следует округлить в большую сторону до значения из нормального ряда размеров: 160, 200, 250, 320, 400, 450, 560, 630, 710, 800, 900, 1000. Затем следует уточнить значение D 1 .

Если используется схема соединения барабана с редуктором, при помощи встроенной зубчатой муфты, то минимальный диаметр барабана принимается 400 и затем уточняется при компоновке механизма.

Длина нарезного барабана определяется по формулам:

при работе с одинарным полиспастом, мм:

при работе со сдвоенным полиспастом, мм:

где L 1 - длина нарезной части барабана, определяемая по формуле, мм:

, (2.7)

где t – шаг нарезки, t ≈ (1,1….1,23)d, при этом полученная величина должна быть округлена до значения кратного 0,5;

L 2 - расстояние от торцов барабана до начала нарезки, L 2 =L 3 =(2÷3)t;

L 4 - расстояние между участками нарезки, L 4 = 120 ÷ 200 мм.

Длина гладкого барабана определяется, мм:

где n- число витков каната, уложенных по всей длине барабана;

z – число слоев навивки каната на барабан;

γ – коэффициент неравномерности укладки каната, γ = 1,05.

Число витков каната, уложенных по всей длине барабана:

Потребная мощность двигателя механизма подъема определяется по формуле, кВт:

где η – общий КПД механизма, η=η м ×η б ×η п;

η м – КПД передаточного механизма;

η б – КПД, учитывающий потери мощности на барабане;

η п – КПД полиспаста.

Для предварительных проектных расчетов можно принять КПД механизма 0,8÷0,85 или принять: η м =094÷0,96; η б =0,94÷0,96; η п =0,85÷0,9.

По полученной мощности подбирают стандартный электродвигатель типа МТ (MTF) – с фазным ротором или типа MTK(MTKF) – c короткозамкнутым ротором. В виде исключения можно рекомендовать двигатели общего назначения – типа АО.

Выбрав двигатель, выписывают из литературы , следующие параметры, необходимые для дальнейшего расчета механизма:

N дв – номинальная мощность двигателя, кВт;

n дв – частота вращения ротора двигателя, об/мин;

d дв – диаметр выходного конца ротора двигателя.

Кинематический расчет механизма заключается в определении передаточного числа механизма, по которому подбирается стандартный редуктор:

где n б – частота вращения барабана

По данному передаточному числу выбирается по литературе , стандартный редуктор. Наибольшее применение в механизмах подъема нашли двухступенчатые горизонтальные зубчатые редукторы кранового типа Ц2. При выборе редуктора должны быть проверены условия, касающиеся прочности, долговечности и кинематики редуктора:

а) выбранное передаточное число редуктора не должно отличаться от расчетного более чем на 15%;

б) частота вращения быстроходного вала редуктора должна быть не меньше частоты вращения вала двигателя.

Выбрав по каталогу редуктор, выписывают необходимые для расчета параметры:

U p – действительное передаточное число;

d 1 ,d 2 – диаметры выходных концов быстроходного и тихоходного валов редуктора.

С помощью муфт соединяются вал двигателя с входным валом редуктора, а так же (в некоторых схемах установки барабана) выходной вал редуктора с валом барабана. Одна из полумуфт приводной муфты обычно служит одновременно тормозным шкивом для тормоза, установленного здесь же, на приводном валу. Эта конструкция называется муфтой с тормозным шкивом.

Специальные муфты с тормозным шкивом выполняются в двух вариантах – на базе упругой втулочно-пальцевой муфты (МУВП) и на базе зубчатой муфты (МЗ) , .

Зубчатая муфта в некоторых случаях может быть выполнена с промежуточным валом-вставкой, и тогда она включает в себя: муфту с тормозным шкивом, обычную зубчатую муфту и соединяющий их вал вставку, длина которого устанавливается конструктивно. Такое решение применяют тогда, когда конструктивно невозможно установить редуктор рядом с двигателем или когда стоит вопрос о более равномерном распределении весовых нагрузок от механизмов на ходовые колеса.

В качестве муфты, установленной на валу барабана, используется стандартная (жесткая компенсирующая) муфта.

Выбор муфт производится по диаметрам соединяемых валов, затем подобранная муфта проверяется по крутящему моменту.

Крутящий момент на валу двигателя, Н∙м:

Крутящий момент на валу барабана Н∙м:

где η Б – КПД барабана, η Б = 0,99;

η р – КПД редуктора, η р = 0,92.

Определяется расчетное значение момента, Н∙м:

где к 1 – коэффициент учитывающий режим работы (легкий режим – 1,1; средний – 1,2; тяжелый – 1,3).

Выбранная муфта должна удовлетворять условию: Т р ≤ Т табл (Т табл - предельно допустимое значение крутящего момента, указанного в справочниках , ).

В большинстве случаев тормоз в механизмах подъема устанавливают на приводном валу, причем тормозной шкив, являющийся одной из полумуфт приводной муфты, должен быть обращен в сторону редуктора. Наибольшее распространение нашли колодочные тормоза: двухколодочные с электромагнитом переменного тока типа ТКТ и с электрогидротолкателями типа ТТ и ТКГ. Тормоза ТКТ конструктивно проще, поэтому их применение предпочтительнее при диаметрах тормозных шкивов до 300 мм и тормозных моментах до 500 Нм. Достоинствами тормозов ТТ и ТКГ являются плавность срабатывания и возможность осуществления больших тормозных моментов. При использовании постоянного тока применяются тормоза типа ТКП.

Определяется тормозной момент, Н∙м:

Выбор тормоза осуществляется по тормозному моменту:

где β – коэффициент запаса торможения (легкий режим – 1,5; средний режим – 1,75; тяжелый режим – 2).

По полученной величине тормозного момента и режима работы подбирается стандартный тормоз , , выбрав тормоз, необходимо проверить, чтобы диаметр тормозного шкива тормоза совпал с диаметром тормозной муфты.

Блоки предназначены для поддержания и изменения направления движения каната диаметром dк . Блоки подразделяют на подвижные, ось которых перемещается в пространстве, и неподвижные. Разновидностью неподвижных блоков является уравнительный блок, который при подъеме и опускании груза не вращается, а служит для уравнивания длины неравномерно вытягивающихся ветвей каната в сдвоенном полиспасте.

Блоки для канатов изготовляют из стали литьем, сваркой или штамповкой. Для литых блоков применяют сталь с механическими свойствами не хуже, чем у стали 45Л-11 , для штампованных - не хуже, чем у стали 45 , и для сварных - не хуже, чем у стали Ст 3 .

Профиль ручья блока должен обеспечивать беспрепятственный вход и выход каната и иметь наибольшую площадь соприкосновения с ним (наибольшую площадь поверхности ручья). Исходя из этого рекомендуется соотношение основных размеров блоков принимать такими, как показано на рис.3.10.

Блоки должны иметь устройство (скоба), исключающее выход каната из ручья блока. Зазор между указанным устройством и ребордой блока должен составлять не более 20% диаметра каната .

Барабаны предназначены для наматывания гибкого тягового элемента (каната или цепи). Изготавливают их из чугуна (литые) или стали (литые или сварные) .

Для снижения удельного давления между канатом и барабаном и предотвращения трения каната о соседний виток на поверхности барабана делают винтовые канавки с шагом мм. Если на барабан наматывается одна ветвь (одинарный полиспаст), он имеет канавки только одного направления. При двух ветвях (сдвоенный полиспаст) канавки выполняют правого и левого направления.

Конструктивное исполнение барабанов должно предусматривать размещение деталей для закрепления каната на барабане, которое может осуществляться при помощи накладных планок, прижимных планок или клина (рис.3.9).

Минимальные диаметры барабанов D , блоков D бл , и уравнительных блоков D ур.бл. по средней линии огибаемых стальными канатами, определяют по формулам:

С увеличением отношения D/d k долговечность каната возрастает, так как уменьшаются контактные и изгибные напряжения.

Полученный по формуле (3.9) диаметр барабана D следует округлить в большую сторону до значения из ряда: 160; 200; 250; 320; 400; 450; 500; 560; 630; 710; 800; 900 и 1000 мм.

Допускается изменение коэффициента h 1 , но не более чем на два шага по группе классификации в большую или меньшую сторону (табл. 3.7) с соответствующей компенсацией путем изменения величины Z р (табл. 3.6) на то число шагов в меньшую или большую сторону. Барабаны под однослойную навивку каната должны иметь нарезанные по винтовой линии канавки (рис. 3.11). У грейферных кранов при однослойной навивке каната на барабан и у специальных кранов, при работе кото-рых возможны рывки и ослабление каната, барабаны должны снабжаться устройством (канатоукладчиком), обеспечивающим правильную укладку каната или контроль положения каната на барабане.

Гладкие барабаны применяются в случаях, когда по конструктивным причинам необходима многослойная навивка каната на барабан, а также при навивке на барабан цепи (рис. 3.12) Гладкие барабаны и барабаны с канавками, предназначенные для многослойной навивки каната, должны иметь реборды с обеих сторон барабана. Реборды барабанов для канатов должны возвышаться над верхним слоем навитого каната не менее чем на два его диаметра, а для цепей - не менее чем на ширину звена цепи.

Длина барабана, определяющая его канатоемкость, согласно должна быть такой, чтобы при низшем расположении грузозахватного органа (крюка и т. п.) на барабане оставались навитыми не менее 1,5 витка каната или цепи, не считая витков, находящихся под зажимным устройством. С учетом фланцев и витков на закрепление каната полная длина барабана при наматывании:

· на одной ветви каната

Минимальное расстояние между осью барабана и осью блоков крюковой подвески можно принять h min ≈ 3D . Основные требования к конструктивному исполнению представлены . Предельные нормы браковки: · блоки - износ ручья блока 40% от первоначального радиуса ручья. · барабаны - трещины любых размеров, износ ручья барабана по профилю более 2 мм.

Механизмы подъема груза кранов

Подъем груза в кранах осуществляют различные механизмы, которые отличаются по типу привода, системе подвеса груза и конструктивному исполнению. Механизмы подъема груза могут быть с ручным, индивидуальным и групповым машинным приводом.

Рис. 62. Схема механизма подъема груза

Основными узлами канатных механизмов подъема груза являются лебедка, грузовой орган, соединенный с ней канатом, и устройства, обеспечивающие безопасную эксплуатацию механизмов. Однобарабанная крюковая лебедка (рис. 62) состоит из электродвигателя, редуктора, жестко соединенного муфтой с барабаном, тормоза, канатного полиспаста, крюковой подвески, уравнительного блока.

В механизмах подъема с индивидуальным приводом, который применяют в кранах общего назначения, барабан с редуктором соединяют с помощью зубчатой муфты. Валы двигателя и редуктора соединяют при помощи муфты МУВП. В этих механизмах тормоз обычно устанавливают на быстроходном валу, так как для остановки механизма в этом случае требуется меньший тормозной момент.

Согласно Правилам по кранам механизмы подъема груза выполняют так, чтобы опускание груза производилось только принудительно, включением двигателя.

В мостовых подвесных и опорных кранах грузоподъемностью до 5 т и в козловых кранах типа ККТ грузоподъемностью до 12,5 т в качестве механизма подъема используют электрические тали.

В кранах большей грузоподъемности лебедку механизма подъема груза устанавливают на грузовой тележке крана.

Мостовые краны грузоподъемностью свыше 15 т имеют, как правило, два механизма подъема груза: основной и вспомогательный, например грузоподъемностью 15/5 т - основной - 15 т, вспомогательный - 5 т.

Рис. 63. Лебедка механизма подъема груза с малой посадочной скоростью

Во многих случаях при монтажных, строительных и специальных работах в механизмах подъема груза необходимо изменять скорости подъема и опускания груза в зависимости от характера выполняемой работы и величины груза. Это привело к созданию многоскоростных механизмов подъема груза.

Среди механических способов регулирования скорости перемещения груза используют изменение передаточного отношения редуктора, специальные конструкции лебедок и тормозов.

Изменение скоростей переключением передач в редукторе неудобно и обеспечивает диапазон изменения скоростей не более 2. Применение электрогидравлического толкателя тормоза механизма подъема, подключенного по специальной схеме, позволяет получить посадочные скорости до 20% от номинальных. При таком способе регулирования скорости происходит интенсивное изнашивание накладок тормоза и он допустим только при кратковременной работе.

Наибольшее применение нашли специальные многоскоростные лебедки с микроприводом. Существует много различных кинематических схем многоскоростных лебедок, отличительной особенностью их является наличие двух электродвигателей и планетарных редукторов или специальных муфт.

Лебедка с малой посадочной скоростью (рис. 63) в дополнение к нормальным узлам снабжена микродвигателем, червячным редуктором, планетарной муфтой, тормозом муфты, соединенными с валом главного двигателя. Для работы микропривода тормоз замыкают, а двигатель отключен и вращается вхолостую при разомкнутом тормозе.

Микродвигатель вращает центробежную (солнечную) шестерню и водило, соединенное с валом двигателя. При передаточном числе планетарной муфты ир = 5 обеспечивается установочная скорость барабана около 1% от основной.