Прочностные расчеты механизма. Механизмы подъема груза кранов Принцип работы механизма 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.

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

Подъем и перемещение грузов в поперечном направлении осуществляется подвижной тележкой, установленной на мосту крана. Тележка состоит из сварной рамы с установленными механизмами подъема груза и механизма передвижения для перемещения ее по рельсам вдоль моста (рисунок 6).

Механизмы подъема различных видов кранов принципиально одинаковы, состоят из электродвигателя, тормоза, редуктора, барабана и полиспаста. Электродвигатель соединен с редукторами при помощи зубчатых муфт и приводных валов. Для погрузки - выгрузки железобетонных плит механизм подъема крана КМЭСТ - 10 оснащается грузозахватным органом крюком.

Рисунок 6 ­ Механизм подъема груза

Механизм подъема представляет собой лебедку, связанную со сдвоенным полиспастом, имеющим грузоподъемность, равную приблизительно 0,25 основной, и используемым для подъема малых грузов с большой скоростью.

Механизм передвижения тележки имеет два холостых и два приводных колеса, вращаемых электродвигателем через редуктор.

Кинематическая схема механизма подъема

Кинематическая схема механизма подъема с крюковой подвеской показана на рисунке 7.

Электродвигатель 1 соединен с цилиндрическим редуктором 5 при помощи муфт 2 и 4 и вала - вставки 3, полумуфта 4 со стороны редуктора выполнена с тормозным шкивом, на котором установлен колодочный тормоз. Редуктор 5 соединен с барабаном 6 при помощи муфты 2. На барабан наматывается канат полиспаста с грузозахватным приспособлением.

Рисунок 7 - Кинематическая схема механизма подъема груза:

1 - электродвигатель, 2 - муфты, 3 - вал-вставка, 4 - тормоз, 5 -редуктор, 6 - барабан.

Технические характеристики механизма подъема груза

Технические показатели механизма подъема груза в таблице 3.

Таблица 3 ­ Технические показатели механизма подъема груза

Полиспаст сдвоенный, с кратностью 2 (Z = 2; U = 2)

Канат двойной свивки типа ЛК - Р конструкции 6Ч9 (1+6+6/6) + 1 о.с. диаметром dK = 14 мм по ГОСТ 2688-80, с помощью прижимной планки двумя болтами крепится к барабану). Длина каната LK - 16,71 м.

Барабан литой из чугуна СЧ28, разборный

­ длина барабана ­ l = 1,324 м;

­ диаметр барабана по центру навиваемого каната­ Dб = 0,35 м;

­ длина нарезанной части барабана с одной стороны­lн = 0,427 м;

­ шаг нарезки ­ t = 16 мм.

Электродвигатель асинхронный с короткозамкнутым ротором общепромышленной серии MTF

­ типоразмер­4МТН 225L6 ;

­ номинальная мощность, кВт­ 55;

­ частота вращения вала, мин-1­ 960;

­ момент инерции ротора, кгм2 ­1,02;

­ масса, кг ­ 500.

Редуктор горизонтальный двухступенчатый цилиндрический Ц2 ­ 400

­ передаточное число­ 12,41;

­ режим работы, ПВ % ­25;

­ частота вращения быстроходного вала, мин-1 ­1500;

­ мощность на быстроходном валу, кВт ­ 81;

­ диаметр проточки под подшипники выходного конца вала, выполненного в виде зубчатой полумуфты, мм ­110

Муфты с тормозным шкивом №2

­ передаваемый крутящий момент, Нм­ 1000

­ диаметр тормозного шкива, мм­ 300

­ ширина тормозного шкива, мм ­ 150

­ момент инерции муфты, кгм2 ­ 1,5

­ типоразмер ­ТКГ - 300

­ номинальный тормозной момент, Нм ­ 800

­ расчетный тормозной момент, Нм­740

­ диаметр тормозного шкива, мм­300

­ ширина тормозной колодки, мм ­140

­ масса, кг ­ 80

Траверса

Для выполнения различных технологических операций мостовые специальных краны оснащают траверсами - специальными грузозахватными приспособлениями для работы с различными типами грузов. Траверса представляет собой съёмную, как правило, балочную пространственную конструкцию, которая укомплектована специализированными захватывающими устройствами.

В зависимости от условий эксплуатации и характеристики перемещаемого груза траверсы подразделяют на линейные, пространственные, модульные, механические и специальные, к которым относятся магнитные, электромагнитные, фрикционные и вакуумные траверсы с соответствующим типом захватов. Применение захватов различных типов позволяет работать с металлопрокатом, слябами, трубами, длинномерными грузами и контейнерами.

Для чередования перемещения грузов различных типов мостовой кран может быть укомплектован дополнительными сменными траверсами нужной длины, оснащёнными необходимыми грузозахватными органами: магнитами, клещами, управляемыми лапами для подхвата. Траверса с тележкой крана соединена с помощью жесткого подвеса.

Траверсы представляют собой коробчатые балки постоянного, а при большой длине - переменного сечения.

Траверса крепится к мостовому крану либо за центральную часть, либо за концевые продольные или поперечные элементы, при этом сама траверса располагается вдоль или поперёк моста крана. При жёстком подвесе крана КМЭСТ-10 траверса снабжается дополнительными штангами с направляющими, поэтому колебания, возникающие при движении вдоль подкрановых путей минимальны, и определяются парциальными колебаниями шахты и колонны с грузом относительно продольной оси моста. Жёсткий подвес траверсы за счёт большей скорости движения позволяет обеспечить больший грузопоток, поскольку снижается время позиционирования захвата и зацепления груза. Мостовые краны с жёстким подвесом траверсы широко применяют в металлургии, при мартеновском, прокатном и кузнечно-прессовом производстве

Использование траверсы позволяет избежать повреждения груза при транспортировке, а также кантовать груз в точках на разных плоскостях, уменьшить высоту подъёма крюка, транспортировать длинномерные грузы без воздействия сжимающих и изгибающих нагрузок, автоматизировать процесс строповки груза.

Управление механизмами крана осуществляется из кабины, подшенной к мосту крана на стороне, противоположной расположению главных троллеев, для обслуживания которых используются люльки-кабины.

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.