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.
|
|
§3.Грузозахватные устройства для насыпных грузов Для порционного транспортирования насыпного груза применяют ковши, бадьи и грейферы. Разгрузка ковшей и бадей производится при раскрывании створок дна, опусканием дна или опрокидыванием. Засыпание груза в ковш и ба- дьи является трудоемкой операцией, часто требующей специальных приспособ- лений и применение ручного труда. Операцию захватывания насыпного груза можно механизировать, применяя автоматические грузозахватные устройства – грейферы. При их использовании производительность транспортных операций существенно повышается, а доля ручного труда резко снижается или совсем ис- ключается. Рис. 49. Схема работы одноканатного грейфера. Грейферы широко используют для подготовки и подачи шихты на шихто- вых и скрапных дворах, для работы на рудных дворах, для работы на рудных дво- рах и складах угля, для подачи и уборки формовочных материалов в литейных цехах, для работ в сельском хозяйстве и т.д. Грузоподъемности крана, оборудо- ванного грейфером, включает собственную массу грейфера и массу поднимаемого материала. Грейферы по кинематическому признаку можно разделить на канат- ные , соединенные с проводными лебедками с помощью гибкого органа (каната), и 50 приводные , в которых механизм зачерпывания и опорожнения размещен непо- средственно на грейфера. Канатные грейферы, в свою очередь, разделяют на одноканатные и много- канатные . Приводные грейферы по типу привода механизма бывают электромо- торные, гидравлические, электрогидравлические, и пневматические. Одноканатные грейферы подвешивают к крюку обычного крана с одноба- рабанным приводом за скобу 1 (рис. 49), что позволяет использовать кран для ра- боты с крюком и с грейфером. Грейфер состоит из двух челюстей 5, шарнирно со- единенных на нижней траверсе 8. Тяги 4 соединяют челюсти с верхней траверсой 2. Скоба 1 канатным полиспастом 3 соединена с подвижной головкой 6. На ниж- ней траверсе расположены захваты 7. При порожнем грейфере (рис. 49, а) по- движная головка 6 находится в верхнем положении и упирается в верхнюю тра- версу, челюсти раскрыты, и грейфер зависает на канатах полипласта 3. Для осу- ществления зачерпывания груза грейфер опускается на груз, подвижная головка 6 опускается и входит между захватами 7 и сцепляется с ними (рис. 49, б). Затем при подъеме скобы 1 начинает подниматься головка 6 вместе с нижней траверсой 8, что приводит к замыканию челюстей и зачерпыванию груза. При полностью за- крытых челюстях (рис. 49, в) может начаться подъем грейфера и перемещение его к месту разгрузки. Для раскрытия челюстей грейфер следует поставить на опор- ную поверхность и ослабить натяжение каната полипласта 3, что приведет к рас- цеплению головки 6 и нижней траверсы 8 (рис 49, г). Затем при подъеме головки 6 вмести с верхней траверсой 2 челюсти грейфера разойдутся, груз высыпится, и цикл работы повторится. В некоторых конструкциях раскрытие грейфера может быть достигнуто и без опускания грейфера на материал. В этом случае запорное устройство выполняют с тросом, при натяжении которого захваты отпускают го- ловку и дают возможность раскрыться челюстям. Рис. 50. Схема работы двухканатного грейфера. При постоянной работе крана с грейфером применяют двухканатные грей- феры (рис. 50), отличающиеся более полной механизацией процесса захвата груза и опорожнения грейфера и значительно высокой производительностью по срав- нению с одноканатными грейферами. Однако двухканатные грейферы можно ис- пользовать только при наличии специальной грейферной лебедки с двумя меха- низмами, барабаны которых имеют возможность независимого движения. Замы- кающие канат 2, прикопленный в точке А к нижней обойме, идет на барабан за- 51 мыкающего механизма, а подъемный (поддерживающий) канат 1, прикрепленный в точке Б к верхней обойме, – на барабан подъемного механизма. Работает двух- канатный грейфер следующим образом. При ослабленном замыкающем канате 2 и неподвижном подъемном канате 1 челюсти грейфера под действием собственного веса и веса траверсы раскрыты (положение I). При ослаблении замыкающего и подъемного канатов раскрытый грейфер опускается на материал (положение II); при этом механизмы лебедки должны обеспечить одинаковую скорость этих ка- натов. Замыкание челюстей грейфера производится натягиванием замыкающего каната 2 при ослабленном и неподвижном подъеме канате 1. Замыкаясь, челюсти захватывают материал (положение III). При подъеме груженого грейфера подъем- ные и замыкающие канаты синхронно наматываются на барабаны (положение IV). В таком виде грейфер перемещается к месту разгрузки. Затем ослабляют за- мыкающий канат, и грейфер зависает на подъемном канате, челюсти под действи- ем собственного веса и веса груза раскрываются, и груз высыпается (положение I). Затем грейфер переносится к месту загрузки, и цикл работы повторяется. Подъемные канаты крепят к верхней траверсе грейфера, а замыкающие канаты образуют полиспаст, связывающий нижнюю и верхнюю траверсы и увеличиваю- щий усилие зачерпывания материала челюсти. 4. Грузовые и тяговые гибкие элементы, полиспасты, барабаны, блоки §1. Гибкие элементы В качестве гибких элементов грузоподъемных машин используют сталь- ные канаты, сварные и пластинчатые цепи. Стальные подъемные канаты изготавливают из стальной проволоки марки В, I или II диаметром от 0,2 до 3 мм с расчетным временным сопротивлением 1600-2000 МПа. Преимущественно применяют канаты двойной свивки шести- прядные и восьмипрядные. Сердечник канатов может быть органический, синте- тический или металлические. Канаты с металлическим сердечником применяют при многослойной навивки на барабан. По способу свивки канаты классифици- руются на нераскручивающиеся и раскручивающиеся, односторонней и крестовой свивки, правой и левой свивки. По назначению канаты разделяют на грузовые, для транспортирования грузов и грузолюдские предназначенные для подъема лю- дей и грузов. Достоинством стальных канатов является гибкость во всех направ- лениях и надежность. Диаметр канатов выбирают по ГОСТу в соответствии с соответствием max p k S n S ≤ где S max , S p – соответственно максимальное рабочее и разрывное усилие каната; n k – коэффициент запаса прочности. Диаметр выбранного каната определяют с учетом диаметром блока Д 52 еd Д ≥ , где е - коэффициент зависящий от типа грузоподъемной машины e=18…35. Сварные цепи изготавливают из углеродистой стали с σ в ≥ 340 МПа. Свар- ные цепи (ГОСТ 2319-81) выполняют двух типов: короткозвенные, длиннозвен- ные, калиброванные и не калиброванные. Сварные цепи рассчитывают так же как и канаты. Грузовые пластинчатые цепи состоят из стальных пластин, соединен- ных валиками. §2. Полиспасты Силовым полиспастом называют систему подвижных и неподвижных бло- ков, соединенных канатом, используемую для уменьшения натяжения каната и соответственно для уменьшения момента от рабочей нагрузки на барабане. Вве- дение силового полиспаста приводит к уменьшению передаточного числа меха- низма, что влечет за собой уменьшение габаритов передачи и ее массы. В гидрав- лических и пневматических подъемниках находят применение скоростные полис- пасты, увеличивающие скорость движения груза. У сдвоенных полиспастов две ветви каната навиваются на барабан (рис. 51 в, г, д). Блоки полиспастов разделяют на подвижные, ось которых перемещается в пространстве, и неподвижные ось которых не перемещаются. Рис. 51. Схема полиспастов: а – простого двукратного; б – простого трехкратного; в – сдвоенного двукратного с уравнительным блоком С; г – сдвоенного трехкратного с уравнительным блоком С; д – сдвоенного двукратного с уравнительной траверсой А Натяжение каната навиваемого на барабан S б при подъем или опускании груза весом G будет равно П б а G S η = , где а – кратность полиспаста; П η – к.п.д полиспаста ) 1 ( ) 1 ( η η η η − − = t а , здесь η – к.п.д блока, t – число обводных блоков. 53 Скорость подъема груза V г и скорость каната V на барабане связаны зави- симостью η Г aV V = Необходимая чистота вращения барабана , 60 ПД аV n Г = , где Д – диаметр барабана, измеренная по центру каната. Усилие, необходимые для подъема груза t П Gg F η η = §3. Барабаны и блоки Барабаны используют многослойной и однослойной навивки каната. Они могут быть выполнены с гладкой поверхностью и с винтовой нарезкой поверхно- сти (рис. 52). Рис. 52. Барабан: а – с гладкой поверхностью навивки; б – стенка барабана с нарезанной винтовой канавкой для каната Для правильной укладки каната на барабана используют канатоукладчики различных типов. Шаг нарезки t барабана должен быть не менее 1,1d. Радиус ка- навки R=0,54d, глубина винтовой должна быть не менее 0,3d. Длина нарезной часть барабана l должна быть такой, чтобы при сматывании каната на нем остава- лось 1,5 витков, не считая витков находящихся под зажимными устройствами. t ПД L l + = 5 , 1 , где L – рабочая длина каната. Стрелки барабана рассчитывают на сжатие и изгиб с кручением. Для ли- тых барабанов изготовленных из серого чугуна толщину стрелки можно опреде- лить по эмпирической формуле ( ) 0 , 1 6 , 0 02 , 0 + = Д б 54 Необходимое усилие зажатия планки крепления каната , с KSб N = Где k=0,85 – коэффициент запаса, с=0,35 – коэффициент сопротивления. Необходимые число винтов крепления [ ] , 4 2 1 p Пd N z σ ≥ где d 1 – номер винта. Закрепление концов каната осуществляется с помощью коушей, зажимов, заплеткой, опресованием и т.д (рис. 53). Рис. 53. Узел крепления конца каната: а – зажимами; б – зацепкой; в – втулкой с заливкой легкоплавким сплавом; г – опрессованием втулки; д – обжимной гайкой; е – клиновое; 1 – коуш; 2 – зажим; 3 – втулка; 4 - клин Блоки уготовляют из серого чижина. Размер профиля ручья должны соот- ветствовать следующим соотношениям (рис. 54) ; 56 , 0 53 , 0 d R − = ( ) ; 9 , 1 4 , 1 d Н − = 2d r = Рис. 54. Блоки для канатов: а – профиль ручья блока; б, в – ручей блока, футеро- ванный соответственно пластмассой и алюминием 55 Для повышения долговечности каната ручьи блоков футируют резиной, пластмассой. 5. Тормозные устройства Тормозные устройства в механизмах подъема обеспечивают остановку груза и укрепление его в подвешенном состоянии, а в механизмах передвижения и поворота остановку механизма на определенной длине тормозного пути с после- дующим удержанием механизма в неподвижном состоянии. По конструктивному исполнению рабочих элементов тормозные устрой- ства разделяются на колодочные, ленточные, дисковые и конические. По принципу действия тормозные устройства бывают автоматические, за- мыкаемые одновременно с включениям двигателя и управляемые с помощью пе- дали или рукоятки. По характеру действия приводного усилия тормозные устройства разделя- ют на нормально замкнутые и нормально разомкнутые и комбинированные. Они должны быть достаточно просты по конструкции, удобны для осмотра, регулиро- вания и замены изношенных деталей, надежностью работы, небольшими габари- тами. §1. Остановы Остановы – устройства, служащие для удерживания груза в подвешенном состоянии. Они не препятствуют подъему груза, но исключают возможность его самопроизвольного опускания под действием собственного веса. Остановы быва- ют храповые и фрикционные. В грузоподъемных машинах в основном применяют храповые остановы (рис. 55). Они состоят из храпового колеса 1, закрепленного на валу 2 и собачки 3, ось 4 которой установлена на элементах механизма. Для опускания груза собачку необходимо вывести из зацепления с храповым колесом. Рис. 55. Храповой останов: а – схема; б – положение элементов, принимаемое для расчета 56 Расчет собачки ведут из условия прочности [ ] σ σ ≤ + = 2 max 6 Вб Fe Вб F где D М F кр 2 = – окружное усилие. Здесь М кр – крутящий момент; D – внешний диаметр храпового колеса, В – ширина собачки. Рис. 56. Роликовый останов К фрикционным остановам относятся роликовые остановы. Их действие основано на использовании силы трения, для обеспечения плавного приложения нагрузки при минимальном угле холостого хода. Роликовый останов (рис. 56) со- стоит из неподвижного корпуса 1, втулки 2 и расположенных в клиновых пазах роликов 3. При вращении втулки 2 против хода часовой стрелки ролики увлека- ются силой трения в более широкую часть клинового паза, что обеспечивает сво- бодное вращение втулки. При перемене направления вращения ролики увлекают- ся в узкую часть клинового паза, что приводит к заклиниванию роликов и оста- новки втулки. §2. Тормоза В подъемно-транспортных машинах широкое применение находят коло- дочные тормоза. Торможение механизма происходит в результате возникновения силы трения между тормозным шкивом, связанным с одним из валов механизма и тормозной колодкой, соединенной посредством рычажной системы с неподвиж- ными элементами конструкции (рис. 57). Общий тормозной момент создаваемый тормозом, 2 2 2 1 1 b f l D f l l Р М Т − ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = или l D f l М Р Т ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = η 1 57 Рис. 57. Расчетная схема двухколодочного тормоза Тормозной момент при прямых рычагах, η 1 l l D P f М Т ⋅ ⋅ ⋅ = , где η – коэффициент, учитывающий потери на трение в шарнирах (η=0,9-0,95). Среднее давление между шкивом и колодкой [ ] P B D N Р ≤ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = β π 360 , где В – ширина колодки, β – угол обхвата шкива (β=60-100˚). fb l l P N − ⋅ = 1 , [P] – допускаемое давление ([P]=0,3÷1 МПа). В качестве фрикционного материала используют вальцованную ленту ЭМ- 2 толщиной 4-8 мм и шириной 20-100 мм. Тормозные шкивы изготовляют из ста- ли или чугуна. Широкое распространение получили колодочные тормоза типа ТКП и ТКТ с приводом от специальных тормозных электромагнитов типа МП и МО-Б (рис. 58). Тормоз состоит из двух кованных рычагов 2 и 5 с шарнирно закрепленными на них тормозными колодками 1 и 3. Замыкание тормоза осуществляется усили- ем, создаваемым основной сжатой пружиной 11, установленной в скобе 12 над тормозным шкивом. Для обеспечения схода рычага 2 с колодкой 1 от тормозного шкива при разомкнутом тормозе, установлена вспомогательная пружина 13. Тор- мозной рычаг 5 отводится от шкива моментом от действия силы тяжести электро- магнита 4, закрепленного на рычаге 5. Для обеспечения ровного хода колодок предусмотрен регулировочный винт 6. Для регулировки пружины на штоке 10 установлены гайки 8 и 9. Для размыкания тормоза без включения электромагнита предусмотрена гайка 7. 58 Рис. 58. Колодочный тормоз ТК-ВНИИПТМАШ, замыкаемый усилием пружины и приводом от коротко-ходового электромагнита типа МО-Б 59 На рис. 59 показан колодочный тормоз с электрогидравлическим толкате- лем типа ТКГ с замыканием от усилия сжатой пружины 2 и с приводом от толка- теля 1. Электрогидравлический толкатель содержит центробежный содержит цен- тробежный насос, приводимый в движение от электродвигателя и поршневой группы. В качестве размыкающих механизмов также используют электромехани- ческие толкатели центробежного действия силы вращающихся масс. Рис. 59. Колодочный тормоз ТКГ с приводом от электрогидравлического толкателя При расчете тормозов необходимо учитывать тепловые процессы. Уравне- ние теплового баланса имеет вид: 3 2 1 W W W W + + = , где W – количество теплоты (Дж) возникающие при торможении в течении часа работы тормоза, W 1 – количество тепла отводимое в окружающую среду, W 2 – количество теплоты отводимое конвекцией за час, W 3 – количество теплоты отводимое конвекцией с поверхности вра- щающегося шкива за час. 6. Механизм подъема груза §1. Схема механизма подъема Механизм подъема состоит из зубчатого цилиндрического или червячного редуктора, соединенного муфтой с электродвигателем, и тормозного устройства (рис. 60). Выходной вал редуктора соединен с барабаном, на котором закреплен гибкий грузовой элемент, соединенный с грузозахватным устройством. Соедине- ние валов механизмов рекомендуется выполнять при помощи зубчатых или упру- гих муфт. 60 Рис. 60. Схема механизма подъема Для получения статически определимой системы и создания блочной и компактной конструкции наиболее распространение получила установка одной из опор 2 оси 4 барабана 5 внутри консоли выходного вала редуктора 1 (рис 61). Ко- нец этого вала выполняют в виде зубчатой полумуфты, причем вторая полумуфта 3 закреплена на барабане. В этом случае вал редуктора и ось барабана установле- ны на двух опорах. Ось барабана работает только на изгиб. Рис. 61. Типовая конструкция соединения барабана с валом редуктора при помощи зубчатой муфты На параметры механизма подъема оказывает существенное влияние крат- ность полиспаста, которую выбирают на основе конструктивного анализа меха- низма. Если канат наматывается на барабан не проходя через направляющие бло- ки (например, в мостовых кранах), то для обеспечения строго вертикального подъема груза в кранах применяют сдвоенные полиспасты. Если канат перед навивкой на барабан проходит через направляющие блоки, то используют оди- 61 нарные полиспасты с кратностью более высокой, чем у сдвоенных. В механизмах подъема груз подвешивают на одной ветви каната только в кранах малой грузо- подъемности (1..3 т). В стреловых (портальных) кранах, имеющих большую высо- ту подъема груза, груз подвешивают на одной ветви каната в кранах грузоподъ- емностью 5 и даже 10 т. При грузоподъемности до 25 т обычно применяют двух-, трех- и четырехкратные полиспасты; при больших грузоподъемностях кратность полиспаста достигает 12. Унификация механизмов подъема кранов различной грузоподъемности достигается изменением кратности полиспаста для получения примерно одинако- вых крутящих моментов от веса груза и потребной мощности электродвигателя при разной скорости подъема груза. Это позволяет применять в кранах различной грузоподъемности одинаковые электродвигатели, редукторы, барабаны, блоки, канаты, тормоза и т. п. В кранах, оборудованных грузовым электромагнитом, механизм подъема должен иметь специальный кабельный барабан для гибкого кабеля, подающего электроэнергию к магниту. Кабельный барабан располагают на отдельном валу, и он приводится в движение от вала грузового барабана при помощи цепной или зубчатой передачи. От электросети электроэнергия поступает по кольцевому то- косъемнику со скользящими контактами к вращающемуся барабану. Рис. 62. Механизм подъема электротали ТЭ Часто в качестве механизма подъема используют электротали (см. рис. 6, 7). Электроталь ТЭ-ВНИИПТМАШ (рис. 62) имеет электродвигатель 4, статор ко- 62 торого запрессован в барабан 5 и вращается вместе с ним. Размещение двигателя внутри барабана уменьшает длину и массу тали, так как отсутствуют корпусные детали двигателя. Через двухпарный соосный редуктор 3 крутящий момент рото- ра двигателя передается на барабан. Входной вал проходит внутри втулки зубча- той муфты 15, передающей вращение барабану от тихоходного зубчатого колеса редуктора и одновременно являющейся одной из опор барабана. Вторая опора ба- рабана находится в корпусе шкафа 8 электроаппаратуры, расположенном со сто- роны, противоположной редуктору, что обеспечивает симметрию электротали и уравновешивание редуктора. Таль оборудована двумя тормозами: стопорным – колодочным электро- магнитным тормозом 2 с приводом от электромагнита типа МИС-Е и автомати- ческим спускным дисковым тормозом 11, замыкаемым силой тяжести транспор- тируемого груза. Тормозной шкив 1 стопорного тормоза, снабженный лопастями, насажен на консоль быстроходного вала редуктора и выполняет роль вентилятора для охлаждения тали. Уровень масла в редукторе контролируется с помощью пробок 18; для слива масла предусмотрена пробка 16. Смазывание подшипников вала ротора и барабана производят с помощью шприц-масленок 14. В шкафу электроаппаратуры располагается пусковая аппаратура: пускатели электродвига- телей механизма подъема 11 и передвижения 12, кольцевой токосъемник 10 со щетками, клеммные коробки и концевые выключатели 9 подъема и опускания, ограничивающие крайние верхнее и нижнее положения крюка. Кабель управле- ния вводят в шкаф электроаппаратуры через отверстие 13. Крепление 7 каната на барабане осуществлено с помощью коуша с заливкой каната легкоплавким мате- риалом. Редуктор 3 и шкаф электроаппаратуры соединены между собой сварным корпусом 6. Высота подъема груза электроталями изменяется путем изменения длины барабана. Рис. 63. Микропривод механизма подъема электротали ТЭ 63 При необходимости точной установки груза используют электротали с микроприводом, обеспечивающим получение малых посадочных скоростей. На рис. 63 представлен микропривод механизма подъема тали ТЭ-ВНИИПТМАШ. Основной двигатель тали встроен в барабан (см. рис. 62) и обеспечивает подъем груза со скоростью 8 м/мин. Для получения скоростей 0,5...1,0 м/мин используют микропривод, присоединяемый к корпусу редуктора нормальной тали ТЭ. Он со- стоит из двигателя 1 типа АОЛ малой мощности, соединяемого через зубчатую пару 3 и электромагнитную дисковую муфту сцепления 2 с быстроходным валом механизма подъема. При включении основного двигателя зубчатая пара 3 остает- ся неподвижной. При включении двигателя микропривода одновременно включа- ется муфта 2, и вращение передается от микродвигателя через зубчатую пару 3 на вал редуктора механизма подъема. |