лекция. Конспект лекций для изучению дисциплины Электронный образовательный ресурс Для студентов всех формы обучения направления 23. 04. 03 Эксплуатация транспортнотехнологических машин и комплексов
 Скачать 1.63 Mb.
|
|
§1. Основные параметры грузоподъёмных машин Грузоподъёмные машины характеризуются следующими основными по- казателями: грузоподъёмностью, скоростями движения отдельных механизмов, пролётов, режимами работы, вылетом, высотой подъёма грузозахватного органа. Значение этих показателей должны происходит повторно – кратковременных выключениях. Полное время цикла работы механизма склады- вается из времени пуска ∑ n t , времени движении с установившейся скоро- стью ∑ y t , времени торможения ∑ Т t и времени пауз ∑ 0 t t ц = ∑ n t + ∑ y t + ∑ 0 t + ∑ Т t Относительная продолжительность включения % 100 ⋅ = ц в в t t П где t в - время работы механизма в течении цикла. Приняты номинальные значения ПВ 15, 25, 40, 60%.Интенсивность рабо- ты механизма определяется коэффициентами использования в течении суток к с и коэффициентом использования в течении года. Коэффициент использования кра- на по грузоподъёмности Q Q К ср Г = , где Q ср - среднее значение массы поднимаемого груза за смену. Для кра- нов с тяжёлыми грузозахватными устройствами М М ср Г Q Q Q Q к + + = , где Q м - масса грузах ватного устройства. Классы использования механиз- ма, характеризующие интенсивность механизма при эксплуатации, устанавлива- ют в зависимости от общего времени работы Т. Существует шесть классов А о , А 1 ,…, А 6 .Классы нагружения механизма, характеризующие относительную нагрузку механизма, в зависимости от значения коэффициента нагружения К при- ведены в табл.1. О сновными параметрами грузоподъёмных машин в соответствии со стан- дартом являются грузоподъёмность, скорость движения механизмов, пролёт, ре- жим работы, вылет, высота подъёма. Грузоподъёмностью машины Q называют массу номинального рабочего груза на подъём которого рассчитана машина. Соотношение между массой Q и весом G равно G = Qg. При определении грузоподъёмности учитывают массу гру- зозахватных приспособлений и вспомогательных устройств. Значение грузоподъ- ёмности должно соответствовать ГОСТ 1575 – 81 для всех грузоподъёмных кра- нов от 0,01 (Т) до 1250 (Т). 40 Самоходные и башенные краны кроме грузоподъёмности характеризуют- ся грузовым моментом, являющимся произведением веса груза на вылет стрелы. Скорость подъёма груза зависит от грузоподъёмности крана и составляет 25…80 м / мин. Скорость передвижения мостового составляет 100 – 120 м / мин, а скорость передвижения тележки 35…50 м / мин. Частота вращения кранов дости- гает 3 об /мин. Пролёт – это расстояние по горизонтали между осями рельсов кранового пути регламентируется ГОСТ 534 – 78. Режим работы является комплексной характеристикой, учитывающей из- менение и длительность действия нагрузки на кран. Работа грузоподъёмных ма- шин Таблица 1 Класс нагружения Коэффициент нагружения В1 0,125 В2 0,125 – 0,25 В3 0,25 – 0,50 В4 0,50 – 1,00 Коэффициент нагружения определяется по формуле ∑ ∑ ⋅ = i i i t t P P к 3 max ) ( , где P i - нагрузка, действующая на механизм в течении периода времени t i за заданный срок службы. В зависимости от сочетаний класса использования и класса нагружения по данным таблицы 2 устанавливают группу режима работы. Таблица 2 Класс ис- пользования Класс нагружения Класс исполь- зования Класс нагружения В1 В2 В3 В4 В1 В2 В3 В4 А0 1м 1м 1м 2м А4 3м 4м 5м 6м А1 1м 1м 2м 3м А5 4м 5м 6м - А2 1м 2м 3м 4м А6 5м 6м - - А3 2м 3м 4м 5м Цифра перед буквой М указывает режим работы, который согласно Пра- вил Госгортехнадзора устанавливает: 1, 2, 3 – легкий режим работы; 4, 5 – тяжё- лый режим работы; 6 – весьма тяжёлый режим работы. Класс использования, характеризующий интенсивность использования крана во время его эксплуатации, определяется числом циклов работы С о , С 1 ,…, С 9 (1,6·10 4 - 4·10 6 ). Класс нагружения определяется распределением массы грузов перемещае- мых краном, относительно номинальной грузоподъёмности Q ном за срок его службы. Класс нагружения характеризуется коэффициентом нагрузки К р 3 т ) ( ном i i р Q Q N N К ⋅ = ∑ , 41 где N i - число циклов работы крана за срок службы с грузом массой Q i ; N Т - общее число циклов работы крана за срок его службы. Расчёт на прочность деталей грузоподъёмных машин производят в соот- ветствии с действительным режимом их работы. Суммарное машинное время ра- боты Т (ч) за полный срок службы h (год), необходимое для расчёта на сопротив- ление усталости определяется соотношением: h ПВ К К К Т С Г ⋅ = 100 % 24 365 4 Производительность грузоподъёмной машины ( ) ч Т с учётом числа циклов z i определяется: i i r Q z Q ⋅ = ∑ §2. Расчётные нагрузки Расчётный случай 1 – нормальная нагрузка в рабочем состоянии машины, включающая номинальный вес груза и грузозахватного устройства, собственный вес конструкции, нагрузки от ветра в рабочем состоянии, а также динамические нагрузки. В этом случае металлические конструкции и детали механизмов рас- считывают на сопротивление усталости, износостойкость и долговечность. Расчётный случай 2 – максимальная рабочая нагрузка включающая макси- мальную динамическую нагрузку. Расчёт ведут с учётом максимального уклона пути и максимального крена. Проводят проверку грузовой устойчивости. Расчётный случай 3 – нагрузка в нерабочем состоянии машины, установ- ленной на открытом воздухе, при отсутствии груза и неподвижных механизмов. При этом на машину кроме её веса, действует предельная ветровая нагрузка, а иногда снег и гололёд. В этом случае рассчитывается прочность металлокон- струкции, противоугонные и тормозные устройства. Расчёт сопротивления усталости ведут по эквивалентной нагрузке: ; max G К G g экв ⋅ = max M К M g экв ⋅ = Коэффициент долговечности К g определяется по формуле: m i m i i g n n G G T t n Tn K ∑ ⋅ ⋅ ⋅ = 1 max 0 1 60 , где n i - число нагружений в минуту, равное частоте вращения вала в мину- ту; n о - базовое число, для деталей меньше 50 мм. n о =10 7 , для деталей больше 50 мм. n о =5·10 7 t i , G i , n i - соответственно время, нагрузка и число нагружений в минуту и данном расчётном режиме. M – коэффициент кривой усталости; для контактной прочности m=3, а при изгибной прочности m=9. Максимальное значение расчётной нагрузки и момента определяют: 42 ; max ном G K G ⋅ = max ном M K M ⋅ = где К – коэффициент нагрузки; для механизма подъёма К=1,1; для других механизмов принимают в зависимости от перегрузки электродвигателя. 3. Грузозахватные устройства К грузозахватным устройствам относят крюки, петли, клещевые захваты, спредеры, электромагниты, вакуумные захваты, ковши, грейферы и др. §1. Крюки и петли Крюки По форме крюки разделяют на однорогие и двурогие (рис 39). Однорогие крюки (ГОСТ 6627 – 74) используют для механизмов с ручным и машинным при- водом, двурогие крюки (ГОСТ 6628 – 73). Пластинчатые однорогие и двурогие крюки выбирают по ГОСТ 6619 – 75. Кованные и штампованные крюки изготав- ливают из низкоуглеродистой стали 20 (20 г). После ковки крюки подвергают от- жиму. После изготовления каждый крюк испытывают под нагрузкой на 25% выше номинальной в течении 10 минут. После снятия нагрузки на крюке не должно быть трещин и надрезов. При применении стандартного крюка его расчёт не про- изводится. Крюки могут снабжаться предохранительным замком (рис. 40). Крюки соединяют с гибким грузовым элементом грузоподъёмной машины непосред- ственно прикреплением грузового элемента к проушине крюка или с помощью крюковых подвесок. Непосредственное соединение (рис. 41) крюка с гибким гру- зовым элементом используют при подвесе груза на одной ветви гибкого грузового элемента (каната); соединение посредством крюковых подвесок (рис. 42) – при подвесе груза на несколько ветвях каната. Различают два типа крюковых подве- сок: нормальные (рис. 42, а) и укороченные (рис. 42, б). Рис. 39. Грузовые крюки: а, б – кованые или штампованные; в, г - пластинчатые 43 Рис. 40. Крюк с предохранительным замком При использовании нормальных крюковых подвесок траверса, на которой закреплен крюк, соединена с осью канатных блоков щеками, изготовленными из листовой или полосовой стали Ст3, которые рассчитывают на растяжение по формуле Лямэ (рис. 42, в) в сечении, ослабленном отверстием под цапфы травер- сы, при обеспечении коэффициента запаса прочности n = 3, 5,…,4. [ ] σ δ σ ≤ − + ⋅ ⋅ = 2 2 2 2 4 r R r R r G Траверса имеет на концах стопорные накладки, препятствующие осевому перемещению, но позволяющие свободно поворачиваться вместе с крюком отно- сительно горизонтальной оси. При укороченной подвеске блоки размещают на цапфах траверсы. С помощью этой подвески можно поднять груз на несколько большую высоту, чем при нормальной подвеске. Рис. 41. Подвеска специального крюка на одной ветви гибкого элемента 44 Рис.42. Крюковые подвески: а – нормальная для трёхкратного сдвоенного полиспаста; б – укороченная для двукратного сдвоенного полиспаста; в – схема к расчёту щеки Рис.43 Установка ограждения на канатном блоке Рис.44 Грузовые петли: а – цельнокованая; б – составная Укороченную подвеску можно применять только при чётной кратности полиспаста. Хвостовик крюка проходит через отверстие в траверсе и закрепляется 45 гайкой, опирающейся на сферическую шайбу (при грузоподъёмности до 3,2 т). Эти подшипники выбирают по статической грузоподъёмности по расчётной нагрузке, превышающей вес номинального груза на 25%. Во избежание самопро- извольного свинчивания гайка должна быть зафиксирована стопорной планкой, закреплённой на торце хвостовика крюка и входящей в пазы гайки. Согласно пра- вилам Госгортехнадзора стопорение гайки посредством штифтов, шплинтов или стопорных болтов не допускается. Траверсу изготовляют из сталей 40, 45 или Ст4 и рассчитывают на изгиб по среднему сечению, ослабленному отверстием для хвостовика крюка. Коэффи- циент запаса прочности относительно предела текучести, учитывая сложную конфигурацию траверсы, принимают не менее 3. Цапфы траверсы рассчитывают также на изгиб и проверяют по давлению между цапфой и щекой. Допускаемое давление принимают не более 35 МПа во избежание задира поверхности сопри- косновения при повороте траверсы. Для предохранения от выскакивания каната из ручья блока блоки крюковой подвески (а также головные блоки стрел кранов) должны быть защищены кожухом, изготовленным из листовой стали толщиной не менее 3 мм. Радиальный зазор между ребордами блока и кожухом ∆ (рис.43) не должен быть более 0,3 диаметра каната. Кожухи крюковых подвесок имеют про- рези для прохода каната, ширины и длину которых выбирают так, чтобы исклю- чалось трение каната о кожух при работе грузоподъёмной машины. Петли В грузоподъёмных машинах применяют цельнокованые и составные гру- зовые петли (рис.44). Форма и размер петель не стандартизированы, поэтому тре- буется обязательный расчёт их на прочность. При этом цельнокованые петли рас- считывают, как жесткую раму (статически неопределимая система), а составные петли – как шарнирные системы: тяги петель проверяют на растяжение, попере- чину – на изгиб и сжатие как криволинейную двухопорную балку. Шарниры со- ставной петли проверяют на смятие и изгиб осей. При проверке смятия на внут- ренней поверхности отверстия по формуле Лямэ допускаемое напряжение не должно превышать 100 МПа. Допускаемое напряжение при изгибе при использо- вании поперечины петли из низкоуглеродистых сталей (сталь 20, Ст3) определя- ют при коэффициенте запаса прочности 2,5…3. При одинаковой грузоподъёмно- сти петли имеют меньшие размеры и массу, чем крюки, так как в сечениях петель действуют меньшие изгибающие моменты. В эксплуатации петли менее удобны, чем крюки, так как требуется продевание стропов через отверстие петли. Для крепления груза к крюку грузоподъёмной машины (зачаливание гру- за) применяют стропы (рис. 45), изготовляемые из стального каната или сварной цепи. Безопасность операций по перемещению груза в значительной степени за- висит от прочности стропов (которые следует регулярно проверять и снабжать сертификатом с результатами и датой испытания) и правильного их накладывания на поднимаемый груз. Стропы должны накладываться на груз без перекручива- ний, с использованием специальных подкладок под острые рёбра груза для предохранения от повреждений. 46 Рис. 45. Виды зачаливания грузов § 2. Специальные захваты Клещевые захваты. При работе грузоподъёмной машины со штучны- ми грузами определённой формы и размера для сокращения времени на подвеску и освобождение грузов и уменьшения потребности в ручном труде применяют специальные захваты, подвешиваемые к крюку (рис.46). При конструировании таких захватов стремятся обеспечить надёжность и соблюдение требований тех- ники безопасности, уменьшение размеров и массы, предотвращение повреждений груза при его захватывании, удобство в эксплуатации и сокращение ручных опе- раций. В зависимости от степени автоматизации процесса захватывания и осво- бождения груза захваты разделяют на полуавтоматические (обеспечивающие ав- томатический захват груза при ручном освобождении) и автоматические (обеспе- чивающие захват и освобождение груза без применения рабочей силы). Расчет клещевого захвата сводится к определению размеров рычагов, при которых сила трения, создаваемая между клещами и грузом, удерживала бы груз. Рассмотрим действие всех сил на груз и элементы симметричного захвата (рис. 47). Влиянием массы рычагов обычно при расчетах пренебрегают. Сила, дей- ствующая на тягу захвата, α cos 2 G F = . Предельная горизонтальная сила тяжести груза клещами, при которой начинается проскальзывание груза, f G N 2 1 = . Для надежного удерживания груза захват должен развить усилие сжатия f Gk N 2 = (здесь k – коэффициент запаса, учитывающий возможное изменение коэффициен- 47 та трения и потери на трение в шарнирах рычажной системы и принимаемой рав- ным 1,25…1,6 в зависимости от вида груза и условий работ). Рис. 46. Клешневые захваты Рис. 47. Схема к расчету симметричного захвата Из уравнения моментов сил, действующих на рычаги относительно точки О, имеем 2 2 2 d G Tc Nb a G + = + 48 Подставляя значения сил в это уравнение, после преобразований получа- ем 2 d ctg f bk a + = + α Это уравнение справедливо при выбранных для данной конструкции за- хвата значениях размеров а, b, с и d, при установленном угле α и при данном зна- чении коэффициента трения f между грузом и упором клещей захвата, значения которого для захвата со стальным упором следующие. Материал груза f при упоре: Сталь Камень Дерево гладком 0,12…0,15 0,2…0,28 0,3…0,35 рифленом 0,2…0,25 0,4…0,5 – Рис. 48. Схема к расчету эксцентрикового захвата Эксцентриковый захват . На рис. 48 показана схема эксцентрикового за- хвата для транспортирования листов в вертикальном положении. Захват подве- шивают к крюку крана. В начале подъема эксцентрик, касающийся листа в точке А, увлекается силой трения вниз под действием силы тяжести листа и прижимает лист к упору рамки захвата. Усилие распора N при подъеме листа действует нор- мально к листу. Лист удерживается в захвате силами трения между листом и экс- центриком F 1 и между листом и упором рамки F 2 . С уменьшением угла α (обычно α в начале подъема принимают около 10 о ) сила трения быстро возрастает, что обеспечивает надежное удерживание груза захватом. Рассматривая условия равновесия эксцентрика (без учета потерь на трение на оси поворота эксцентрика), получаем, что для захватывания листа под дей- ствием силы трения F 1 момент F 1 а относительно оси шарнира эксцентрика дол- жен быть не менее момента от усилия распора N, т.е. α Natg a F ≥ 1 49 Так как , 1 1 Nf F = то α ρ tg tg f ≥ = 1 1 Отсюда условия захватывания листа эксцентриком имеет вид , 1 ρ α ≤ т.е. угол α должен быть меньше или равен углу трения 1 Ρ между эксцентриком и ли- стом. Условие удержания поднятого груза G F F ≥ + 2 1 , но 1 1 Nf F = и 2 2 Nf F = , от- куда необходимо усилие распора ( ) 2 1 f f G + ≥ Ν где f 1 и f 2 - значение коэффициента трения соответственно между эксцен- триком и листом, а также между листом и упором рамки. Согласно Правилам Госгортехнадзора применение фрикционных захватов для транспортирования ядовитых и взрывчатых грузов, а также сосудов, находя- щихся под давлением газа и воздуха, не допускается. |