Схема механизма подъема груза. Схемы механизмов подъема

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.

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.

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.

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.

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.