Смазка крановых редукторов в зависимости от грузоподъемности и режимов работы крана. Прочностные расчеты механизма Схемы и конструктивные особенности механизмов подъема груза

Грузовой барабан – один из важнейших узлов подъемного крана. Предназначен он для намотки и равномерного распределения каната, который отвечает за подъем или опускание груза. Конструкция грузового барабана тщательно продумана, ведь даже небольшое нарушение может привести к сильному изгибу каната и перебоям в работе самого крана. Чтобы понять как этого избежать, следует тщательно разобраться с устройством барабана.

Чертеж устройства грузового барабана

Устройство грузового барабана

• Цельная труба – главная деталь барабана. Именно на нее в процессе работы крана наматывается канат. Труба может иметь насечки на своей внешней поверхности, а может быть совершенно гладкой. Ниже мы рассмотрим этот пункт более подробно.
• Фланцы – приварены к торцам трубы. А к ободу фланцев, в свою очередь, присоединены ступицы.
  Следует отметить, что запрессовка центрального вала происходит с помощью внутренней поверхности трубы, которая имеет цилиндрическую форму.
• Зубчатое колесо – располагается на центральном валу. Его главная задача – соединение барабана с приводом редуктора, чтобы конструкция начала двигаться.

Наматывание троса грузового барабана

Этот процесс стоит рассмотреть отдельно, так как от него напрямую зависит качество работы, а также специфика устройства грузового барабана. Для того, чтобы во время наматывания канат укладывался на барабан равномерно, на внешней стороне трубы предусмотрены специальные канавки. Они исключают спутывание каната.

Диаметр канавок – ненамного превышает диаметр самого троса, что позволяет канату легко размещаться и не контактировать с боковинками барабана. При этом на одной части механизма канавки направлены в левую сторону, а на другой – в правую. Эта интересная особенность нужна, чтобы груз двигался в вертикальной плоскости без горизонтальных смещений относительно самого барабана.

Преимущества такого устройства грузового барабана: снижается нагрузка между тросом и трубой барабана, что позволяет увеличить срок службы самого механизма.

Между самими канавками располагается гладкая поверхность. Чаще всего концы троса крепятся по краям самого барабана. Канат, спускающийся с барабана, подсоединяется к внешним блокам крюковой подвески. Поэтому во время наматывания троса он навивается от края к средней части.

Особо стоить обратить внимание на краны с большим значением грузоподъемности и кратности полиспаста. На барабане таких кранов обязательно должны быть предусмотрены длинные участки без канавок для намотки. Это необходимо для стабильной работы, однако приводит к увеличению длины самого барабана и размеров подъемного механизма.

Чтобы ликвидировать этот существенный недостаток, используют другую схему подсоединения троса к барабану. Концы каната подсоединяются к краям средней части без нарезки и далее подаются к внутренним элементам подвески. Тогда во время перемещения груза вверх канат навивается уже от середины к краям.

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.

Подбор подшипников для вала барабана

Исходя из схем полиспастов с одинарным барабаном, счетные схемы для определения радиальной нагрузки на барабан будет следующая:

Рисунок 10. Схема нагрузки на барабан

Величина реакции, где сила натяжения каната.

Коэффициент безопасности.

Для барабана выбираем радиальный шариковый однорядный подшипник 116, особо легкая серия. Расчетная долговечность равна:

Полученная долговечность достаточная для крана.

Проверка работы механизма подъема груза крана в режиме неустановившегося движения

Время пуска при подъеме крана определяется по формуле:

Момент инерции двигателя,

• - для двигателей типа MTKF,
• - средний пусковой момент

Вращающий момент на входе редуктора

Частота вращения двигателя

Получаем

Для обеспечения времени пуска в интервале сек применяется двигатель с фазным ротором типа MTF 411-6, где время пуска регулируется работой реостатного контроллера.

Компоновка механизма подъема груза

Механизм подъема груза состоит из редуктора 1, быстроходный вал которого соединен с электродвигателем 6 при помощи втулочно-пальцевой муфты с тормозным шкивом. На этом валу стоит колодочный с электродвигателем тормоз 4. барабан 2 сдвоенный, который обеспечивает симметрию приложения нагрузки (усилие в канате), нагрузка при подъеме груза, на подшипниках не изменяется.

Рисунок 11. Механизм подъема груза крана

Ось барабана соединяется с тихоходным валом редуктора при помощи зубчатой муфты, обеспечивающей компактное соединение валов, а вторым концом ось барабана опирается не подшипниковый узел 3.

Все узлы и механизм установлены на сварной раме 5 из швеллеров.

К деталям узла барабана, подлежащим расчету, относятся: барабан, ось барабана, подшипники оси, крепление конца каната к барабану.

Прочностным расчета барабана является расчет его стенки на сжатие. Для группы режима работы принимаем материал барабана сталь 35Л с [ сж ]= 137 МПа , барабан выполнен литым

Толщина стенки литого барабана

0,01 · Дн + 0,003 = 0,01 · 400 + 0,003 = 0,007 м

По условиям технологиям изготовления литых барабанов? 10 15 мм. С учетом изнашивания стенки барабана примем = 15 мм = 0,015 м

Проверяем выбранную стенку барабана на сжатие по формуле

Уточняем выбранное значение толщины стенки барабана по формуле

где - коэффициент, учитывающий влияние деформаций стенки барабана и каната, определяется по зависимости

где Ек - модуль упругости каната. Для шестипрядных канатов с органическим сердечником Ек = 88260 МПа; Fк - площадь сечения всех проволок каната; Еб - модуль упругости стенки барабана, для литых стальных барабанов Еб = 186300 МПа, по зависимости 0,0062 м при отношении длины барабана к его диаметру допускаемое напряжение в формуле (46) следует уменьшить на с% при навивке на барабан двух концов каната, причем для величина с = 5%. Тогда

[ сж ] = 0,95 · 137 = 130,15 МПа

1,07 · 0,86452 · = 0,0058 м. Следовательно, принятое значение = 0,015 м удовлетворяет условиям прочности.

При отношении = 2,05 < 3 4 расчет стенки барабана на изгиб и кручение не выполняется.

Отношение = 2,05 < = 6,5 , поэтому расчет цилиндрической стенки барабана на устойчивость также можно не выполнять.

В качестве прижимного устройства каната на барабане используется напряжение планки с полукруглыми канавками. Согласно правилам Госгортехнадзора число установленных одноболтовых планок должно быть не менее двух, которые устанавливают с шагом 60 0 . Суммарное усилие растяжение болтов, прижимающих канат к барабану.

где f = 0,1 0,12 - коэффициент трения между конатом и барабаном,

Угол наклона боковой грани канавки. = 40 0 ;

Угол обхвата каната неприкосновенными витками, = (1,5 2)· 2П = (3 4) · П

Необходимое число болтов

где k ? 1,5 - коэффициент запаса надежности крепления каната к барабану,

f 1 = - приведенный коэффициент трения между канатами и планкой;

f 1 = = 0,155; l - расстояние от дна каната на барабане до верхней плоскости прижимной планки, конструктивно примем l = 0,025 м.

В качестве материала болта принята сталь ВСтЗсп с тех = 230 МПа. Допускаемое напряжение растяжения [ р ] = = = 92 МПа; d 1 - средний диаметр резьбы болта, для каната диаметром d к = 13 мм принимаем болт М12, d 1 = 0,0105 м

Принимаем z = 8, четыре двухболтовые в планки.

Ось барабана испытывает напряжение изгиба от действия усилий двух ветвей каната при сдвоенном полиспасте, собственным весом барабана пренебрегаем. Расчетная схема оси барабана механизма подъема представлена на рисунке 8.

Нагрузка на ступицы барабана (при пренебрежении его весом)

где l н - длина нарезной части барабана, l н = 303,22 мм; l гл - длина гладкой средней части, l гл = 150 мм (см. рисунок)

Расстояние от ступиц барабана до опор оси предварительно принимаем : l 1 = 120 мм, l 2 = 200 мм, расчетную длину оси l = L б + 150 200 мм = 820 + 150 = 970 мм.

Расчет оси барабана сводится к определению диаметров цапф d ш и ступицы d с из условия работы оси на изгиб в симметричным цикле :

Где Ми - изгибающий момент в расчетном сечении,

W - момент сопротивления расчетного сечения при изгибе,

[ - 1 ] - допускаемое напряжение при симметричном цикле, определяется по упрощенной формуле:

Рисунок 8 - Расчетная схема оси барабана механизма подъема груза.

где к 0 - коэффициент учитывающий конструкцию детали, для валов и осей, цапф к 0 = 2 2,8; - 1 - предел выносливости,

[n] - допускаемый коэффициент запаса прочности, для группы режима работы 5М[n] = 1,7. Материал оси - сталь 45, тех = 598 МПа, -1 = 257 МПа

Нагрузки на ступицы барабана по формуле (50)

Находим реакции в опорах оси барабана: ? М 2 = 0

R1 · l = P1(l - l1) + P2 · l2

R 2 = P 1 + P 2 - R 1 = 14721,8 + 10050,93 - 14972,903 = 9799,827 Н

Изгибающий момент под левой ступицей:

М 1 = R 1 · l 1 = 14972,903 · 0,12 = 1796,75 Н · м

Изгибающий момент под правой ступицей:

М 2 = R 2 · l 2 = 9799,827 · 0,2 = 1959,965 Н · м

Находим диаметр оси под правой ступицей, где действуют наибольший изгибающий момент М 2:

Принимаем d С = 0,07 м

Принимаем остальные диаметры участков оси барабана согласно рисунку 9.

Рисунок 9 - Эскиз оси барабана.

Из в качестве подшипников опор выбраны радиальные двухрядовые шарикоподшипники № 1610 ГОСТ5720 - 75 с внутренним диаметром 50 мм, наружным 110 мм, шириной 40 мм, динамическая грузоподъемность с = 63,7 кН, статическая с 0 = 23,6 кН.

Проверяем выбранные подшипники по . Требуемая динамическая грузоподъемность

Стр = F п · (53)

где F п - динамическая проведенная нагрузка, L - номинальная долговечность, млн. циклов, 3 - показатель степени кривой усталости Велера для шарикоподшипников.

Номинальная долговечность определяется по формуле

где n - частота вращения колца подшипника при установившемся движении, об/мин;

Т- требуемая долговечность подшипника, ч. Для группы режима работы 5М величина Т = 5000ч.

F п = F экв · r б · r темп (55)

где F экв - эквивалентная нагрузка; к б - коэффициент безопасности, к б = 1,2; к темп - температурный коэффициент, к темп = 1,05 (для 125 0 с)

Эквивалентная нагрузка определяется с учетом фактического или усредненного графика работы механизма (см. рисунок) в зависимости от группы режима работы:

где F 1 , F 2 …. F i - постоянные приведенные нагрузки на подшипник при различной массе транспортируемого груза, действующие в течение времени

t 1, t 2 , …. t i за срок службы, при соответствии частоте вращения n 1, n 2 ……n i ; Т - общий расчетный срок службы подшипника, ч;

n - частота вращения детали при установившемся режиме для движения, длящегося наиболее долго.

F п = 11126 · 1,2 · 1,05 = 14018,76 Н

С тр = 14018,76 ·

следовательно, выбранный подшипник оси барабана подходит.

Выполняем уточненный расчет оси барабана в опасных сечениях 1 - 1 и 2 - 2 (см. рисунок), а также в сечении 3 - 3.

СМАЗКА ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Наиболее распространенные электромостовые, поворотные, консольные, металлургические и другие краны имеют много общего в системе смазки, но в зависимости от различных эксплуатационных условий имеют и свои особенности.
Смазка крановых редукторов механизма подъема грузов и механизмов движения моста и тележки производится обычно посредством масляной ванны. Так как зубчатые зацепления в крановых редукторах работают в тяжелых условиях, с ударными нагрузками, частыми включениями и выключениями, то в них применяют более вязкие и маслянистые масла по сравнению с обычными редукторами станков. При заливке маслом крановых редукторов рекомендуется пользоваться указаниями, приведенными в табл.21.

Таблица 21
Смазка крановых редукторов в зависимости от грузоподъемности и режимов работы крана

Смена масла и промывка редукторов производится один раз в 4-6 месяцев и приурочивается обычно к плановому ремонту или осмотру крана. Для металлургических кранов срок службы масла сокращают до 2-3 месяцев. Перед вскрытием редукторов следует удалять пыль с их крышек во избежание попадания ее в масло. Уровень масла в редукторе должен быть не ниже контрольной отметки маслоуказателя; при его отсутствии масло рекомендуется заливать не выше уровня, достигающего 3-5 см до нижней части нижнего вала, но не ниже уровня, обеспечивающего погружение в масло полной высоты зубьев нижнего зубчатого колеса. Редукторы не должны иметь утечек масла. Особенно недопустимо его попадание на троллеи, настил моста крана и рельсы, а также на тормозные шкивы, колодки и ленты. При обнаружении утечек они немедленно устраняются.
Смазка подшипников крановых редукторов старых конструкций, где подшипники быстроходного первого вала редуктора имеют кольцевую смазку, при работе в нормальных температурных условиях производится путем заливки их один раз в 3 месяца маслом индустриальным 20, доливку производят один раз в 3-5 дней. В условиях повышенных температур и запыленности эти подшипники заливают ежемесячно маслом индустриальным 50, доливку производят 2-3 раза в неделю.
Подшипники скольжения в редукторах, имеющих колпачковые масленки, смазываются при нормальной температуре солидолом УС-2 или УСс-2 путем поворота крышки масленки на 1-2 оборота 1-2 раза в смену. При повышенных температурах смазка их производится консталином УТ-1 или УТс-1 поворотом крышки масленки на 1-2 оборота до 2-3 раз в смену.
В редукторах кранов современных конструкций обычно устанавливаются подшипники качения, которые при нормальных температурах следует заполнять солидолом УС-2 один раз в 4-6 месяцев, а для металлургических кранов смазкой 1 -13 или консталином УТ-1 при каждом ремонте. Смазку добавляют ежемесячно через подведенные к этим подшипникам колпачковые или пресс-масленки. При наличии в редукторах подшипников качения с густой смазкой следует обращать особое внимание на исправность уплотнений и не допускать вытекания смазки из корпуса подшипника или вымывания ее просочившимся маслом из ванны редуктора.
На некоторых кранах в редукторах устанавливается насос, подающий масло к подшипникам. В этом случае уход за ними сводится к контролю за наличием и качеством масла и исправной работой насоса.

Механизмы передвижения моста электрокранов большой грузоподъемности, особенно металлургических, в настоящее время выпускаются с централизованными системами смазки от автоматических или ручных смазочных станций. В этом случае смазку производят согласно инструкции по эксплуатации этих систем. Автоматическая централизованная смазочная система обеспечивает надежную подачу смазки ко всем смазочным точкам, в том числе и к удаленным и труднодоступным. При этом экономится время обслуживания, что особенно важно для непрерывно работающих кранов, а также значительно сокращается расход смазочных материалов.
В кранах старых конструкций смазка втулок ходовых колес подшипников скольжения трансмиссионного вала осуществляется обычно через колпачковые масленки, пресс-масленки или от центральных смазочных установок. Смазка кранов, работающих при нормальной температуре, например в механосборочных цехах, производится солидолом УС-2 или УСс-2 путем поворота крышек масленок на 1-2 оборота или наполнением пресс-масленок шприцем 1-2 раза в смену. Смазка ковочных, литейных, мульдо-завалочных и других металлургических кранов осуществляется конталином УТ-1 или УТс-1 поворотом крышек масленок на 2 оборота или заполнением пресс-масленок 2-3 раза в смену. Особо аккуратно должны смазываться удаленные точки, втулки ходовых колес и детали и узлы, подвергающиеся непосредственному воздействию высоких температур. Подшипники качения механизмов передвижения моста смазываются аналогично подшипникам качения крановых редукторов.
В качестве консистентных смазок для кранов, работающих на открытом воздухе зимой, применяют низкотемпературные смазки ЦИАТИМ-201, НК-30, № 21, ГОИ-54 и др. Места смазки наружных кранов необходимо оберегать от попадания в них воды снега.
В механизме передвижения тележки шестерни и подшипники редукторов, подшипники ходовых колес смазываются так же, как Соответствующие узлы механизма передвижения моста. Поскольку тележка постоянно перемещается вдоль моста, здесь особенно важно не допускать утечек масла из редукторов на настил и рельсы.
В механизме подъема груза редукторы и подшипники грузового барабана смазываются аналогично этим же узлам механизма движения моста и тележки. Так как механизм подъема работает напряженнее других механизмов крана, то смазку его узлов рекомендуется производить чаще. Смазка подшипников качения и Скольжения, осей крюковых обойм производится солидолом УС-2, при высоких температурах консталином путем набивки через масленки или пробки, расположенные в торцах осей блоков. Для кранов, работающих при нормальной температуре, смазку подают 2-3 раза в неделю, а для металлургических кранов -- не реже 1 раза в смену. Шариковые подшипники крюка обоймы заполняются при нормальных температурах солидолом УС-2 один раз в 3-6 месяцев, в металлургических кранах - консталином или смазкой 1-13 один раз в месяц.
Открытые зубчатые передачи во избежание быстрого износа смазываются: в кранах малой грузоподъемности с легким режимом работы и при нормальной температуре - полугудроном 1 раз в 5 дней, средней грузоподъемности и средним режимом работы при повышенной температуре - графитной мазью 1 раз в 5 дней и тяжелых металлургических кранов 2 раза в неделю - графитной мазью, приготовленной смешением 90% консталина и 10% графитного порошка, при нагреве не выше 110°. Перед нанесением смазки старую следует удалять.
Смазка электродвигателей приведена ниже. Подшипники барабанных контроллеров смазываются солидолом УС-2 или УС-3, сухарики, сегменты и храповые колеса - тонким слоем солидола УС-2 или техническим вазелином. Шарнирные соединения контак¬торов смазывают маслом индустриальным 30. Смазку деталей конечных выключателей систематически, не реже 1 раза в 10 дней, производят тем же маслом или солидолом УС-2 в зависимости от конструктивных особенностей узла. Смазка пальцев токоприемных роликов производится при обесточенных троллейных проводах один раз в неделю солидолом УС-2, а при высоких температурах консталином УТ-1.
Во избежание несчастных случаев смазка кранов должна производиться только в обесточенном состоянии всех механизмов крана на его посадочной площадке. Суточный запас смазочных материалов в чистой посуде (отдельной для каждого сорта) должен храниться в закрытом- ящике на мосту крана. Ввиду опасности для крановщиков, а также наличия большого количества труднодоступных точек смазки на кранах особенно настойчиво следует проводить перевод всех узлов на централизованную и автоматическую смазку.