Схемы и конструктивные особенности механизмов подъема груза. Прочностные расчеты механизма

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

Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский институт машиностроения

(ВТУЗ-ЛМЗ)

Кафедра «Теория механизмов и детали машин»

КРАН МОСТОВОЙ

МЕХАНИЗМ ПОДЪЁМА ГРУЗА

Санкт-Петербург

Механизм подъёма груза . Методические указания к курсовой работе для студентов ПИМаш смешанного и вечернего обучения всех специальностей. Изложен порядок расчета элементов механизма, методика расчета механизма подъёма, приведены справочные данные по выбору элементов механизма подъёма.

Редакция 1987г. Составитель: асс. .

Научный редактор: канд. техн. наук, доцент.

Редакция 2000г. Составитель: ст. преп. .

Научный редактор: докт. техн. наук, проф. Ю.А. Державец.

1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

Цель методических указаний - практическое усвоение курса «Подъёмно-транспортные машины» раздела: «Машины периодического действия», «Краны».

Объём курсовой работы - пояснительная записка на листах формата А4 (объёмом до 20 страниц) и чертеж узла на листе формата А2, которые выполняются в соответствии с требованиями ЕСКД. Все расчеты делаются в системе СИ.

Объект проектирования - механизм подъёма груза, барабан, подвеска.

Принципиальная схема механизма - составные части механизма, рис.1:

1 - электродвигатель;

2 - тормоз с тормозной муфтой;

4 - барабан и подвеска (на рис. не показана).

Действующие нагрузки - на рис.2 показана сила (грузоподъёмность) приложенная к крюку подвески 3.

Задание - помещено в Приложениях, приведены исходные данные для проектирования:

Грузоподъёмность ;

Скорость механизма подъёма груза ;

Высота подъёма груза ;

Режим работы механизма: Л- легкий, С - средний, Т - тяжелый, ВТ - весьма тяжелый.

Последовательность выполнения задания:

1) Выбор кратности полиспаста.

2) выбор диаметра каната.

3) Определение диаметра блока.

4) Определение размеров барабана и его частоты вращения.

5) Выбор электродвигателя.

6) Выбор редуктора.

7) Выбор тормозной муфты.

8) Выбор тормоза.

9) Проверочный расчет электродвигателя по времени пуска механизма подъема.

10) Проверочный расчет тормоза по времени торможения механизма подъёма.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

В мостовых (козловых и др.) кранах механизм подъёма груза размещен на крановой тележке. Схема механизма подъёма кранов общего и специального назначений зависит от многих факторов: типа грузозахватного устройства, массы поднимаемого груза, высоты подъёма и т. д. Общая принципиальная схема механизма подъёма, характерная для кранов грузоподъёмностью 5...50 т, приведена на рис.1.

Рис.1. Кинематическая схема механизма подъёма груза.

Схема механизма подъёма груза позволяет производить блочную сборку узлов , с использованием стандартных элементов: электродвигателя 1, тормоза с тормозной муфтой 2, редуктора 3, барабана 4 и подвески (на схеме не показана). Такая компоновка схемы механизма подъёма груза наиболее распространена при серийном производстве, она широко применяется и является типовой для кранов малой и средней грузоподъёмности.

Кроме рассмотренной схемы, возможны другие компоновки механизма подъёма груза, такие как схемы с торсионным валом, с открытой передачей и т. д.

2. ВЫБОР КРАТНОСТИ ПОЛИСПАСТА

Для выигрыша в тяговом усилии в механизмах подъема используется п о л и с п а с т, который представляет собой систему подвижных (в крюковой подвеске) и неподвижных (обводных) блоков.

Для принятой схемы механизма подъёма следует выбирать тип полиспаста, определяемый схемой навивки каната на барабан и запрессовки каната , , .

При непосредственной навивке каната на барабан (мостовые, козловые, консольные краны) во избежание смещения груза при его подъёме-спуске и для равномерного нагружения опоры барабана применяются сдвоенные полиспасты

Рис.2. Схема сдвоенного полиспаста. 1 - барабан; 2 - уравнительный блок (обводной); 3 - подвеска; 4 - канат (гибкий тяговый орган).

При использовании сдвоенных полиспастов на барабан одновременно наматываются две ветви каната. В зависимости от грузоподъёмности крана выбирают кратность полиспаста . Повышение кратности на единицу достигается заменой уравнительного блока на противоположную сторону полиспаста; процесс можно повторять до достижения любой кратности.

Необходимая кратность полиспаста для механизма подъёма груза приведена в табл.1.

Таблица 1

КРАТНОСТЬ ПОЛИСПАСТА МЕХАНИЗМА ПОДЪЁМА ГРУЗА 0 " style="border-collapse:collapse">

Характер навивки на барабан

Тип полиспаста

Грузоподъёмность , T

Непосредственно на барабан (мостовой, козловой, консольный кран)

Сдвоенный

Через направляющий блок (стрелковые краны)

3. ВЫБОР ДИАМЕТРА КАНАТА

https://pandia.ru/text/78/240/images/image010_27.gif" width="33" height="24">

где: https://pandia.ru/text/78/240/images/image011_21.gif" width="15" height="19 src="> - запас прочности каната от режима работы (Л - 5; С - 5,5; Т и ВТ - 6);

https://pandia.ru/text/78/240/images/image013_18.gif" width="131" height="49">Наибольшее натяжение , КН, каната определяют

где: - грузоподъёмность крана, т, Приложение 1;

https://pandia.ru/text/78/240/images/image014_21.gif" width="24" height="20 src=">

Условия работы	КПД уравнительного	Кратность полиспаста
Редкая смазка
Нормальная смазка в условиях нормальных температур

Диаметр стального каната выбирают по табл.3 по условию (1). Наиболее широко применяют канаты двойной свивки маркированных групп =1600...1800 МПа. При более низких значениях маркировочных групп нерационально увеличен диаметр каната, а следовательно, барабана и блоков, а при более высоких канат имеет повышенную жесткость, что снижает срок его службы.

Таблица 3

ХАРАКТЕРИСТИКИ КАНАТОВ ДВОЙНОЙ СВИВКИ

	Площадь сечения,	Масса 1000 м каната,	Разрывное усилие каната по маркировочным группам , кН
Тип ЛК-Р конструкции 6х19 1+6+6/6 + I о. с. (ГОСТ 2688-80)
Тип ТЛК-0 конструкции 6х37 1+6+15+15 + I о. с. (ГОСТ 3079-80)

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.

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.

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.