Барабаны мостовых кранов. Механизмы подъема груза кранов Кинематическая схема механизма подъема

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.

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.

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.

В зависимости от требований, предъявляемых к смазочным материалам, узлы детали крановых механизмов делятся на следующие основные группы: редукторы и зубчатые муфты, открытые передачи, подшипники качения и скольжения, реборды ходовых колес, рельсы и направляющие, канаты.

Для редуктора применимы трансмиссионные масла. Существенные особенности трансмиссионных масел по ГОСТ 23652-79 - их всесезонность, длительные сроки службы и высокая нагрузочная способность.

Для подшипников качения предпочтительны всесезонные смазки из числа обладающих хорошим антикоррозионным действием и длительным сроком службы.

Реборды ходовых колес смазывают с помощью графитных стержней (ТУ 32ЦТ 558-74).

Пресс солидол С. ГОСТ 4366-76 - смазка для подшипников, открытых передач, направляющих.

Для смазки каната применяется смазка канатная по ТУ 38-1-1-67.

Графитная смазка ГОСТ 333-80 применяется для смазки реборд ходовых колёс и канатов.

Смазочные материалы не должны содержать посторонних примесей.

Техника безопасности

К управлению краном допускаются лица не моложе 18 лет, имеющие соответствующее удостоверение и прошедшие медицинский осмотр для пригодности работы на кране.

Перед началом работы машинист обязан проверить техническое состояние основных механизмов и узлов крана (тормозов, крюка, канатов, блоков, металлоконструкции крана) и исправной работы приборов безопасности.

Эксплуатация электроталей и надзор за ними должны производится в соответствии с изданными Госгортехнадзором «Правилами устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов».

Надзор за электроталями возлагается распоряжением администрации на определенное лицо технического персонала, обладающее соответствующей квалификацией и опытом, которое и является ответственным за исправное состояние электроталей и их безопасную эксплуатацию.

Напряжение в электросети не должно быть ниже действующих норм, в противном случае электроталь, тормоз и магнитные пускатели будут работать ненормально.

Не допускается подъем грузов, превышающих номинальную грузоподъемность, а также превышение указанного в технической характеристике режима работы и эксплуатация электроталей в условиях, не допускающих их применение.

При управлении электроталью рабочему следует находиться со стороны открытой части барабана.

Нельзя допускать такой подвески груза, при которой получается недопустимое нагружение острия крюка. В таких случаях крюк может заметно разогнуться.

Подтаскивание грузов электроталью при косом натяжении канатов, отрывание прикрепленных предметов, а также производство с помощью электротали несвойственных для нее работ запрещается.

Правилами ГГТН, а также стандартом СЭВ 725-77 на грузоподъёмных кранах с электрическим приводом предусмотрена установка концевых выключателей для автоматической остановки:

крана, если его скорость может превышать 0,533 м/с (по стандарту СЭВ-0,5 м/с);

механизма подъёма грузозахватного устройства перед подходом к упору.

При подъеме груза не следует доводить обойму крюка до конечного выключателя.

Конечный выключатель является аварийным ограничителем. Пользоваться им как постоянно действующим автоматическим остановом не разрешается.

Совершенно необходимо в начале каждой смены проверять исправность действия конечного выключателя.

Концевой выключатель механизма передвижения устанавливают таким образом, чтобы в момент выключения тока расстояние от буфера до упоров составляло не менее половины пути торможения. Концевые выключатели устанавливают в электрической цепи так, чтобы при их размыкании сохранилась цепь для обратного движения механизма.

Концевой выключатель механизма подъёма устанавливают так, чтобы после остановки грузозахватного устройства зазор между ним и упором на тележке составлял не менее 200 мм. Для этой цели применяют выключатели типа КУ 703, имеющий двуплечий рычаг.

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.