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.
|
|
§2. Расчет механизма подъема При установившемся движении момент на валу двигателя при подъеме груза номинальной массы будет равен , 2 max м o б с U mD S М η = где S max – максимальное натяжение каната на барабане; m – число канатов, навиваемых на барабан; D б – диаметр барабана; U о – передаточное число механизма; η м – к.п.д. механической передачи. Мощность двигателя (кВт) при подъеме груза будет равна п м гр гр ст V G Р η η 1000 = где G гр – вес груза; V гр – скорость подъема груза; η п – к.п.д. полипласта. При опускании груза момент на валу двигателя можно определить по фор- муле , 2 min м o б с U mD S М η = ′ где S min – минимальное натяжение каната. Значение к.п.д. механизма уменьшается при работе с малыми грузами. Ориентировочные значения к.п.д. для различных грузов определяется по экспе- риментальным зависимостям. В период пуска, кроме статического момента, двигатель преодолевает так- же моменты от сил инерции груза М ин1 и вращающихся элементов привода М ин2 2 1 ин ин с пуск М М М М + + = После преобразования выражение для пускового момента (Н·м) примет вид: 64 , 2 , 38 55 , 9 ) 2 , 1 1 , 1 ( 2 2 1 2 1 1 о n м б n с пуск t а U n QD t n I М М η + + = где Q – масса груза; n 1 – частота вращения двигателя; I 1 – момент инерции первого вала; а – кратность полипласта; t n – время пуска. Время пуска можно определить по формуле 2 , 38 55 , 9 ) 2 , 1 1 , 1 ( 1 2 2 1 2 1 1 + − = о м б с пуск n а U n QD n I М М t η При расчетах ускорение при пуске выбирают в зависимости от назначения крана: для монтажных работ а=0,1 м/с 2 ; для механосборочных цехов а=0,2 м/с 2 ; для металлургических цехов а=0,5 м/с 2 ; для грейферных кранов а=0,8 м/с 2 При торможении двигатель отключается и включается тормоз. Уравнение моментов имеет вид , 2 1 ин ин СТ Т М М М М + + ± = где М т – номинальный момент развиваемый тормозом. При опускании груза в процессе торможения перед М ст ставится плюс, а при подъеме – знак минус. 7. Механизм изменения вылета стрелы Изменение вылета стреловых и поворотных кранов можно производить с помощью тележки, перемещающейся по горизонтальному поясу стрелы или каче- нием стрелы в вертикальной плоскости. Механизм изменения вылета стрелы мо- жет быть с гибкой или жесткой связью привода стрелы. Механизм с гибкой свя- зью применяют для кранов с неуравновешенной стрелой. В этом случае к стреле прикладывают усилие F, которое определяют из уравнения моментов (рис 64). , 0 = + + − − + = ∑ c W Н W Se Fh Gb L G М c гр гр о где G – вес металлоконструкции крана; S – натяжение каната механизма подъема груза; W гр и W с – ветровая нагрузка соответственно на груз и стрелу; b, h, e, Н, с – плечи сил. Отсюда требуемое усилие h c W Н W Se Gb L G F c гр гр + + − + = Максимальное натяжение каната на барабане, будет равно , max к п a F S η η = 65 где η и η п – к.п.д. соответственно направляющего блока и полипласта; к – число направляющих блоков. Рис. 64. Схема изменения вылета стрелы Схемы механизмов изменения вылета с жесткой кинетической связью ме- ханизма со стрелой приведена на рис. 65. Рис. 65. Схемы механизмов изменения вылета: а – реечный; б – винтовой; в – гид- равлический; г – секторный; д – секторно-кривошипный; е – кривошипно-шатунный Реечный механизм наиболее легкий и простой в изготовлении. Винтовой механизм сложней в изготовлении. Гидравлический механизм обеспечивает плав- ную работу. Секторный механизм обеспечивает равномерную угловую скорость. 66 Кривошипно-шатунный механизм надежен и безопасен в работе. Расчет механизма сводится к определению усилия на исполнительном механизме и мощ- ности двигателя. Для разгрузки привода момент от веса стрелы G с уравновешивают момен- том от веса стрелового противовеса G пр расположенного на стреле (рис. 66). Рис. 66. Схема уравновешивания массы стрелы При применении стрел с устройством выравнивающим траекторию движе- ния груза, мощность двигателя механизма изменения вылета расходуется главным образом на преодоление сил трения в шарнирах укосины и блоков. На рис 67 показаны схемы выравнивающих устройств. Рис. 67. Схемы устройств обеспечения горизонтального перемещения груза при изменении вылета качением стрелы: а – уравнительным полиспастом; б – консольным хоботом; в – профилированным хоботом 67 В системе с уравнительным полиспастом (рис 67, а) подъемный канат 3 проходит через грузовой полиспаст 1 и уравнительный полиспаст 2. Подбирая ме- сто расположения обоймы А относительно оси поворота стрелы О соотношение кратностей полиспастов, можно получить практически горизонтальное переме- щение груза при изменении вылета стрелы. Эта система отличается простым кон- структивным исполнением и хорошей компоновкой при монтаже. В системе с шарнирно-сочлененными укосинами стрела снабжена консольным прямолиней- ным хоботом (рис. 67, б). Размеры элементов укосины выбирают из условия обес- печения достаточно пологой траектории движения конца хобота. При профилиро- ванном хоботе с гибкой оттяжкой канат 4, огибающий криволинейную часть хо- бота 5, закреплен одним концом на нем. При повороте хобота оттяжкой канат 4 огибает криволинейную часть хобота, что приводит к смещению точки касания Е. Подъемный канат 6, при качании стрелы не перемещается по блокам. Механизм изменения вылета стрелы, аналогично механизму подъема, снабжают тормозами нормально-замкнутого типа, автоматически размыкающи- мися при включении привода. 8. Механизмы передвижения §1. Конструкции механизмов передвижения Механизмы передвижения предназначены для передвижения крана или те- лежки по горизонтали. Механизмы передвижения бывают с приводными колеса- ми и канатной или цепной тягой. Краны и крановые тележки опираются на ходовые колеса. Колеса соедине- ны с приводом, являются приводными, а остальные холостыми. Иногда все ходо- вые колеса являются приводными. Механизмы передвижения кранов могут быть выполнены с тихоходным или быстроходным трансмиссионным валом U с раз- дельным приводом (рис. 68). Рис. 68. Схемы механизмов передвижения кранов: а, б – соответственно с тихо- ходным и быстроходным трансмиссионным валом; в – с раздельным приводом 68 Механизм передвижения с тихоходным валом имеет привод, установлен- ный в средней части моста и состоящий из двигателя 4, муфты 3 и редуктора 2. Выходной вал редуктора связан с трансмиссионным валом 1, выполненным из от- дельных секций, которые соединены муфтами и установлены на подшипниках, закрепленных на мосту крана. Посредством муфт трансмиссионный вал также со- единен с валами приводных ходовых колес, Тормоз 5 устанавливают на муфте или на свободном конце вала двигателя. Этот механизм обладает повышенной надежностью. Механизм передвижения с быстроходным трансмиссионным валом имеет два редуктора, установленных около концевых балок моста крана. Этот механизм имеет небольшую массу при повышенной жесткости металлоконструкции моста крана. Механизм передвижения с раздельным приводом не имеет трансмиссион- ного вала. В этом механизме каждая концевая балка моста приводится в движение индивидуальным приводом. При этом между приводами, расположенными на различных концевых балках, не предусмотрено никакой связи. Этот привод обес- печивает нормальную работу кранов при отношении крана к его базе при 6 ≤ B L На рис. 69 показаны различные установки привода. Рис. 69. Установка раздельного привода: а – с вертикальным редуктором, б – с горизонтальным редуктором, в – фланцевым электродвигателем. Ходовые колеса мостов кранов выполняют двухребордными или безре- бордными. Поверхность катания ходового колеса может быть цилиндрической или конической с уклоном обода 1:20.ходовые колеса с коническим ободом применя- ются в механизмах передвижения с центральным приводом и двумя ведущими колесами. В этом случае применяют подкрановые рельсы типа КР или Р со скруг- ленной головкой. 69 Число ходовых колес моста зависит от грузоподъемности и пролета крана. В кранах небольшой грузоподъемности применяют четыре ходовых колеса, буксы которых прикреплены непосредственно к концевым балкам. В кранах большой грузоподъемности число колес увеличивается и для равномерного их нагружения их устанавливают попарно на балансировках. Механизм передвижения тележек мостовых кранов аналогичен механизму передвижения крана с тихоходным валом. Широкое применение находят одно- рельсовые тележки, перемещающиеся по нижнему или верхнему поясу подвесно- го пути. §2. Сопротивление передвижению При передвижении тележки или моста крана по рельсам двигатель меха- низма передвижения преодолевает сопротивления сил трения, сил инерции, вет- ровой нагрузки и сопротивления движению при возможном уклоне пути. Общий момент сопротивления передвижению ( ) , 2 р гр К fd G G М + + = µ где G – собственный вес тележки; G гр – вес груза; d – диаметр цапфы; f – коэффициент трения в опоре колеса; µ – коэффициент трения качения колеса по рельсу. К р – коэффициент трения реборд. Сопротивление передвижению, приведенное к окружности качения колеса диаметром D х.к ( ) , 2 в р к х гр W К fd D G G W + + ⋅ + = µ где W в – ветровая нагрузка на кран или тележку. Момент сопротивления, приведенный к валу двигателя , 2 м м к x м м с i WD i М М η η = = где i м , η м – соответственно передаточное число и к.п.д. от вала колеса до вала двигателя. Следует также учитывать сопротивление передвижению при уклоне пути ( ) , G G W гр укл + = α где α – уклон пути. α=0,001÷0,005. Для кранов с безребордными ходовыми колесами полное усилие сопро- тивления, приведенное к оси ходового колеса ( ) ( ) , 2 2 p p p p n к х гр d f D S fd D G G W + + + ⋅ + = µ µ 70 где D р , d р – диаметры поверхности катания соответственно направляющего ролика и цапфы оси ролика; µ р , f р – коэффициенты соответственно трения качения и трения в под- шипнике ролика; S n – боковые нагрузки. ( ) G G f S гр n + ⋅ = §3. Процессы неустановившегося движения Уравнение моментов при пуске имеет вид , 2 1 ин ин с пуск М М М М + + = где М ин1 – моменты инерции вращающихся масс механизма; М ин2 – моменты инерции поступательно движущихся масс груза и крана. Подставив в уравнение пускового момента моменты сил инерции получим ( ) ( ) м м n к х гр n с пуск i t n D Q Q t n I М М η ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ + + ⋅ + = 2 1 2 1 1 2 , 38 55 , 9 2 , 1 1 , 1 (1) где n 1 – частота вращения вала двигателя; t n – время пуска. Для обеспечения надежного сцепления коэффициент запаса сцепления принимают 1 , 1 = сц К - с ветровой нагрузкой. Максимальное ускорение, при котором обеспечивается заданный коэффи- циент сцепления [ ] ( ) g G W D К fd D d f К n m j В к х р к х сц − ⋅ + − + = 2 µ ϕ где φ – коэффициент сцепления колес с рельсом. Отсюда [ ] j t n υ = Для обеспечения отсутствия буксования ведущих ходовых колес по рель- сам в процессе пуска следует провести проверку выбранного двигателя по уско- рению. Из уравнения (1) при работе без груза определяют фактическое время пус- ка n t и фактическое ускорение n t j υ = Фактический коэффициент запаса сцепления при пуске будет равен ( ) [ ] 2 сц к х к х р В n сц К D d f m n D К fd G W gt К ≥ − ⋅ + + + = µ υ ϕ Процесс торможения механизма передвижения не отличается принципи- ально от процесса пуска. Уравнение моментов при торможении крана имеет вид ( ) ( ) м м к х пуск В м n м к х n м м к х T T i D W W i t n GD t n I i D W M 2 2 , 38 55 , 9 2 , 1 1 , 1 2 2 1 2 1 1 η η η + + + = + 71 Фактический коэффициент запаса сцепления при торможении будет равен ( ) [ ] 2 сц к х к х р В Т сц К D d f m n D К fd G W gt К ≥ + ⋅ + − + = µ υ ϕ §4. Расчет ходовых колес При проектировании грузоподъемной машины диаметр и ширину поверх- ности катания ходовых колес выбирают по стандартам в зависимости от грузо- подъемности и числа колес, а затем проводят проверочный расчет по контактным напряжениям. В зависимости от типа обода и типа рельса различают линейный и точечный контакты. При точечном контакте [ ] , 10 3 2 1 2 2 э f R FE к к σ σ ≤ ⋅ ⋅ = − где к – коэффициент, зависящий от радиусов колеса; к f – коэффициент тангенциальной нагрузки; F – приведенная расчетная нагрузка. , с н T F к к F ⋅ ⋅ = здесь к т – коэффициент толчков; к н – коэффициент неравномерности распределения нагрузки; F с – нагрузка на ходовое колесо. При контакте цилиндрического колеса с плоским рельсом [ ] , 10 67 , 1 4 э f b R E F к σ σ ≤ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = − где b – рабочая ширина головки рельса. Приведенный модуль упругости можно определить по формуле , 2 2 1 2 1 Е Е Е Е Е + = где Е 1 , Е 2 – модули упругости материала колес и рельса. Базовые допускаемые значения эффективных напряжений можно принять [ ] ( ) 3 5 , 2 НВ э = σ 9. Механизмы поворота Механизмы поворота предназначены для вращения поворотной части кра- на и груза, поворотные краны можно разделить на две группы: краны, грузоподъ- емность которых не зависит от вылета стрелы, и стреловые краны грузоподъем- ность которых, для обеспечения устойчивости, изменяется и изменением вылета 72 стрелы. Краны с постоянной грузоподъемностью имеют колонну, которая может быть выполнена неподвижной или поворотной. Механизм поворота (рис. 70) имеет двигатель, соединенный муфтой 3 с червячно-планетарным редуктором 2, (i=200÷1000) имеющим горизонтальное расположение червячного класса 1. На выходном конце вала редуктора располо- жена шестерня 5, находящееся в зацеплении с зубчатым колесом 4, соединенным с поворотной частью крана или неподвижной частью портальных кранов должны быть оборудованы муфтой предельного момента. В редукторе применяют кони- ческую предохранительную муфту, встроенное в червячное колесо. Рис. 70. Механизм поворота Поворотная часть кранов и крановых тележек может опираться на непо- движную или вращающуюся колонку или поворотный круг. В соответствии с этим различают опорно-поворотные устройства на колонне и поворотном круге. При неподвижной колонне поворотная часть крана опирается на пяту, располо- женную в верхней части колонны, а опрокидывающий момент от веса груза урав- новешивается горизонтальными реакциями, воспринимаемыми верхней и нижней опорами кранов. При вращающейся колонне, цапфы колонны вращаются в непо- движно установленных опорах, причем нижняя опора установленная на фунда- менте воспринимает вертикальные и горизонтальные усилия, а верхняя опора – только горизонтальные усилия. Большое распространение получили опорно-поворотные устройства на по- воротном круге. В этом случае поворотная часть крана опирается на колеса, кат- ки, шары или ролики, катящиеся по круговому рельсу. В последнее время в пово- ротных кранах все большее применение находят одно или двухрядное шариковые и роликовые опорно-поворотные устройства. |