§3.Некоторые элементы механизма подъема.

1.      Канаты.

В ГПМ применяют, главным образом, стальные проволочные канаты (рис.6.5).

                                                    Рис.6.5.

Применяют, в основном, канаты двойной свивки: сначала проволоки свивают в прядь вокруг центральной проволоки, а затем пряди свивают в канат вокруг сердечника. Наиболее распространены канаты из шести прядей с числом проволок в одной пряди  19 или 37.

Сердечники бывают органические и металлические. Органические сердечники (рис.6.5, б, в, г) изготавливают из пеньки, капрона, нейлона. Металлический сердечник – это отдельная стальная прядь или стальной канат двойной свивки (рис. 6.5, а). Для работы при высоких температурах помимо металлических применяют также сердечники из асбеста.

Изготавливают канаты с точечным контактом между проволоками различных слоев пряди – ТК (рис.6.6,а) и с линейным контактом - ЛК (рис. 6.6,б).

Рис.6.6.

Канаты ЛК более гибкие, износостойкие и долговечные,  при одинаковой прочности имеют меньший диаметр d_к, поэтому получили наибольшее применение.

Канаты ЛК имеют разновидности (рис.6.5):

1)      ЛК-О – в отдельно взятом слое пряди все поволоки имеют одинаковый диаметр (рис.6.5,а);

2)      ЛК-Р – в наружном слое пряди проволоки двух различных диаметров через одну (рис.6.5,б);

3)      ЛК-РО – в одних слоях пряди все проволоки имеют одинаковый диаметр, а в других – проволоки двух различных диаметров через одну (рис.6.5,в);

4)      ЛК-З – между двумя слоями поволок одинакового диаметра размещены заполняющие проволоки меньшего диаметра (рис.6.5,г).

Примеры обозначения конструкций канатов с линейным контактом.

Пример 1. ЛК-О 6 ´ 19 + 1ос:

6прядей, в каждой пряди 19 поволок, 1ос – органический сердечник.

Пример 2. ЛК-РО 6 ´ 37 + 7 ´ 7:

6 прядей, в каждой пряди 37 проволок, 7 ´ 7 – сердечник металлический, представляет собой канат двойной свивки, состоит из 7 прядей: одна – центральная, и шесть- вокруг нее, в каждой пряди 7 проволок: одна – центральная, и шесть – вокруг нее.

Выбор диаметра каната.

При работе каната поволоки находятся в сложном напряженном состоянии. Происходит также изнашивание проволок. Ввиду сложности теоретического расчета канат выбирают по условию

,                                                         (6.1)

где F_разр – сила, при которой разрушается канат; для каждого диаметра каната она приведена в ГОСТ;

k  – коэффициент запаса прочности, зависящий от типа ГПМ, степени ответственности и группы режима работы механизма;

F_max – максимальная сила натяжения каната (см. раздел 4 данного параграфа).

 

2.      Грузозахватные устройства.

Грузозахватные устройства бывают универсальные (крюки, петли) и специальные.

Специальные захватные устройства (ЗУ) - клещевые, магнитные, вакуумные захваты и др. В технологических ГПМ их применяют редко, но широко применяют в роботах и манипуляторах.

Крюки (рис.6.7, 6.8)  наиболее распространены.

Классификация крюков.

1. По конструкции: однорогие и двурогие.

2. По технологии изготовления.

2.1. Штампованные или кованые (рис.6.7).

2.2. Пластинчатые составные (рис.6.8).

 

                                                               Рис. 6.7.                                       

                                                      Рис.6.8.

Штампованные крюки применяют при небольшой грузоподъемности, при большей – кованые, пластинчатые - при очень большой грузоподъемности.

Крюки не рассчитывают, а выбирают по ГОСТ в зависимости от грузоподъемности.

 Петли бывают цельнокованые (рис.6.9,а) и составные (рис.6.9,б); их рассчитывают. В технологических ГПМ петли применяют редко.

 

 

               а)                                             б)

                        Рис.6.9.Петли: а – цельнокованая; б – составная.

3. Крюковые подвески.

Крюковые подвески служат для соединения крюка с канатом. Подвески бывают нормальные (рис.6.10) и укороченные (рис.6.11). Укороченные подвески применяют только при четной кратности полиспаста (т.е. при а=2,4,6….).

Расчет элементов крюковой подвески.

Траверсу проверяют на изгиб, цапфы траверсы и ось блока – на изгиб, а также на смятие в местах контакта с щитками, щитки – на смятие в местах контакта с осью блока и цапфой траверсы, а также на растяжение в зоне отверстия под цапфу траверсы.

Радиальные подшипники блоков рассчитывают на долговечность. Упорный подшипник подбирают по диаметру шейки крюка, а затем проверяют по статической грузоподъемности по условию

С_оa ³ 1,5 FQ

где C_оa – базовая осевая статическая грузоподъемность упорного подшипника по каталогу.

 

Рис.6.10. Нормальная крюковая подвеска: 1– крюк; 2 – траверса; 3 – упорный подшипник; 4 – гайка; 5 – щиток; 6 – блок; 7 – ось блока; 8 – подшипник; 9 – кожух.

 

 

                  

 

Рис. 6. 11. Укороченная крюковая подвеска.

Полиспасты.

 

Полиспаст – система подвижных и неподвижных блоков, огибаемых канатом. Полиспасты бывают силовые и скоростные.

Введем обозначения.

 m – число полиспастов - число ветвей каната, наматываемых на барабан (или на барабаны, если барабанов два).При m=1 полиспаст называют одинарными. При m=2 – сдвоенными.

a – кратность полиспаста –отношение скорости выходного звена механизма к скорости перемещения груза. Для силовых полиспастов кратность численно равна числу перерезов ветвей каната между подвижным(подвижными) и неподвижным(неподвижными) блоками в одном полиспасте ,т.е. .В ГПМ кратность силовых полиспастов численно нагляднее определять как число ветвей каната, на которых подвешен груз.Для скоростных полиспастов .

  t – число отклоняющихся блоков в одном полиспасте.

        КПД силовых полиспастов с учетом КПД отклоняющих блоков

   ,                                  (6.2)

где hбл  = 0,97 – КПД одного блока.

 Максимальная сила натяжения каната

,                                         (6.3)

где G_зах – вес грузозахватного устройства; для кранов с крюковой подвеской  G_зах @ 0,03×F_Q.

На рис.6.12 представлены пять основных схем силовых полиспастов, применяемых в технологических ГПМ.

Приведенные ниже для каждой из пяти схем выражения h_п и F_max определены по формулам (6.2) и (6.3) соответственно:

рис.6.12,а:m=1;a=2;t=0;h_n=;; рис.6.12,б:m=1;a=2;t=1;;;

рис.6.12,в: m = 2; a = 1; t = 1; ;;

рис.6.12,г: m=2;a= 2; t = 0; ;.

рис.6.12,д:m=2;a=2;t=1;;.

Схемы в), г) и д) удобны при размещении механизма подъема на стреле крана.

 

     Рис.6.12. 1 – канатный барабан; 2 – канат; 3 – нормальная крюковая подвеска;

4 – отклоняющий блок; 5 – уравнительный блок; 6 – укороченная крюковая подвеска.

5. Блоки.

Блоки служат для изменения направления движения каната. Они бывают литые из чугуна или стали и штампованные из стали.

Основные размеры ручья блока показаны на рис.6.13.

                   

 

                                               Рис.6.13.

 

 

Диаметр блока по дну ручья

                                          D_бл ³ dk(e – 1).                                 (6.4)

В формуле (6.4) коэффициент e=16 … 35 зависит от типа ГПМ, степени ответственности и группы режима работы механизма. Соотношение (6.4) служит для ограничения напряжений изгиба в канате.

        D_бл следует выбирать из ряда размеров Ra 40. В одной машине все блоки желательно принимать с одинаковыми D_бл. Для увеличения долговечности каната следует принимать угол  отклонения оси каната от плоскости симметрии ручья блока (рис. 6. 14.) не более 3°, а для уравнительных блоков - не более 0,5°

                                                                         Рис.6.14                                                                                                        

6. Канатные барабаны.

Канатные барабаны бывают литые из чугуна или стали и сварные из стали. В большинстве случаев применяют барабаны с винтовой нарезкой, на которые канаты наматывают в один слой.  Диаметр барабана по дну канавки

D_б ³ d_к × (e – 1).

D_б следует принимать из ряда размеров Ra 40.

Если редуктор механизма подъема имеет запас по вращающему моменту и по передаточному отношению, то увеличивая  D_б  можно уменьшить его длину L_б . Этим можно добиться установки барабана консольно на тихоходном валу редуктора, что упрощает конструкцию.

Рассмотрим только конструкцию консольного барабана (рис. 6.15).                                           

                                  

                                                            Рис.6.15.                                                   

Длина L_б барабана при  m = 1

                 L_б = l_н + l_р + l_раз + l_кр = p× ( z_р + 6),                      (6.5)

где  l_н = 1,5p – расстояние до начала винтовой нарезки на барабане;

p  – шаг винтовой нарезки;

l_p = z_р × p – длина рабочей части барабана;

  – число рабочих витков;

H – высота подъема груза;

l_раз = 1,5×p – длина, на которой размещены разгружающие витки каната;

l_кр = 3p – длина, на которой размещено крепление каната.

Реборду 1 выполняют только с той стороны барабана, на которой нет крепления каната.

 

 

 

 

 

 

Размеры основных конструктивных элементов барабана показаны на рис.6.16.

               

                     Рис.6.16.                                              Рис.6.17.    

Толщина стенки барабана

из чугуна СЧ 15 d @ 1,2d_к ³ 8 мм,

из стали Ст 3   d @ d_к.

Напряжение сжатия в стенке барабана

 .

Угол  между осью каната и касательной к оси винтовой канавки (рис 6. 17.) не должен превышать 3°.

 

В талях барабаны устанавливают на двух опорах.  Длина нарезной части барабана . Полную длину  барабана определяют, обычно, из конструктивных соображений, но не менее, чем, по формуле (6.5).

 

 

 

Канат на барабане крепят накладками (рис.6.18) или клиновыми зажимами (рис.6.19).

                      Рис.6.18.                                             Рис.6.19.