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. Устойчивость кранов против опрокидывания Передвижные поворотные краны должны обладать достаточной устойчи- востью во избежание опрокидывания. Расчет устойчивости стреловых и порталь- ных кранов производят согласно п. 34 Правил Госгортехнадзора [19], а расчет устойчивости башенных кранов – в соответствии с ГОСТ 13994-81. Условия устойчивости кранов определяются соотношением значений удерживающего и опрокидывающего моментов, действующих относительно ребра опрокидывания крана, т.е. линии опорного контура, относительно которого происходит опроки- дывание крана. Проверку кранов на устойчивость производят при действии груза (грузовая устойчивость) и при отсутствии груза (собственная устойчивость) в условиях, когда действующие на кран нагрузки имеют наиболее неблагоприятное сочетание в отношении опрокидывания крана. Краны башенные строительные, кроме того, должны быть проверены на устойчивость при внезапном снятии нагрузки на крюке и процессе проведения монтажа и демонтажа. Коэффициентом грузовой устойчивости называют отношение момента относительно ребра опрокидывания, создаваемого весом всех частей крана с уче- том дополнительных нагрузок (ветровой нагрузки, инерционных сил, возникаю- щих при пуске или торможении механизмов подъема груза, поворота и передви- жения крана), а также усилием, возникающим от наибольшего допустимого при работе крана уклона местности или пути, к моменту от веса груза относительно ребра опрокидывания. Коэффициентом собственной устойчивости крана называют отношение момента, создаваемого весом всех частей крана с учетом уклона пути в сторону опрокидывания относительно ребра опрокидывания, к моменту, создаваемому ветровой нагрузкой в нерабочем состоянии машины относительно того же ребра опрокидывания. Согласно Правилам Госгортехнадзора значения коэффициентов грузовой и собственной устойчивости должны быть не менее 1,15. Определение числовых значений коэффициентов устойчивости производят без учета действия рельсовых захватов, повышающих устойчивость крана. Устойчивость крана необходимо обеспечить при продольном и попереч- ном расположении стрелы относительно подкранового пути. Так как в большин- стве случаев у передвижных кранов колея меньше базы, обычно более опасным, а следовательно, и расчетным случаем является поперечное положение стрелы от- носительно пути. Кроме того, грузовую устойчивость крана, согласно Правилам Госгортехнадзора, проверяют при направлении стрелы под углом 45° к направле- нию движения с учетом дополнительных касательных сил инерции. При проверке грузовой устойчивости рассматривают положение крана с грузом, находящимся на максимальном вылете. При этом уклон местности и вет- ровую нагрузку принимают такими, чтобы они способствовали опрокидыванию крана (рис. 83, а). 93 Рис. 83. Схема к определению устойчивости крана: а – грузовой; б - собственной Коэффициент грузовой устойчивости определяют по формуле , 15 , 1 1 ≥ − − = ∑ гр в ин G М М M M k где М гр – момент, создаваемый весом груза номинальной массы относи- тельно ребра опрокидывания; M G – момент, создаваемый весом частей крана и противовеса относи- тельно ребра опрокидывания с учетом возможного уклона пути крана; М в – момент, создаваемый ветровой нагрузкой в рабочем состоянии машины, действующей перпендикулярно ребру опрокидывания и параллельно плоскости, на которой установлен кран, на наветренную площадь крана и груза; ΣМ ин – суммарный момент от сил инерции элементов крана и груза, возникающих при пуске и торможении механизмов крана, с учетом влияния центробежной силы при вращении крана. При определении суммарного момента от сил инерции следует учитывать возможность совмещения операций подъема или опускания груза с поворотом крана. Если кран используют для перемещения с грузом на крюке и при этом воз- можно совмещение операций подъема груза, поворота и передвижения крана, то производят проверку грузовой устойчивости крана в направлении его движения. При этом учитывают опрокидывающий момент от сил инерции, возникающих в периоды разгона и торможения механизма передвижения крана. Влияние крена 94 крана и сил инерции на его устойчивость повышается с увеличением высоты рас- положения центра масс крана и противовеса и уменьшением размера колеи. Если наличие баков для горючего и воды, бункеров для топлива уменьшает устойчи- вость крана, то баки и бункера следует предельно заполнить. Если эти элементы увеличивают устойчивость, то при расчете принимают их минимальную массу. Массу нижних ветвей гусеничных лент и других элементов при расчете на устой- чивость не учитывают. Для увеличения устойчивости и уменьшения массы противовеса краны с переменным вылетом иногда снабжают подвижным стреловым противовесом, связанным со стрелой крана и изменяющим положение при изменении вылета стрелы. Массу подвижного противовеса выбирают из условия уравновешивания стрелы, что уменьшает нагрузку на механизм изменения вылета и способствует уравновешиванию поворотной части крана. Правила Госгортехнадзора требуют также определять значения коэффициента грузовой устойчивости без учета до- полнительных нагрузок и уклона пути. При этом под коэффициентом грузовой устойчивости следует понимать отношение момента М' G , создаваемого массой элементов крана и противовеса относительно ребра опрокидывания, определенно- го без учета уклона пути, к моменту М гр . Значение коэффициента устойчивости в этом случае должно быть не менее 1,4, т.е. 4 , 1 1 ≥ ′ = ′ гр G M M k При проверке собственной устойчивости (рис. 147, б) кран рассматрива- ют при минимальном вылете стрелы, отсутствии груза, наличии крена в сторону противовеса, при ветровой нагрузке на кран внерабочем состоянии, действующей в сторону опрокидывания. Определение значения коэффициента собственной устойчивости произво- дят по формуле 15 , 1 2 ≥ ′ ′ = в G M M k где М' в – момент от ветровой нагрузки на кран в нерабочем состоянии, действующей на наветренную площадь крана перпендикулярно ребру опрокидывания (точка А) и параллельно плоскости, на ко- торой установлен кран. При проверке собственной устойчивости крана влияние дополнительных опор и стабилизаторов не учитывается. 10. Транспортирующие машины Общие сведения 95 Транспортирующие машины (конвейеры) относятся к машинам непрерыв- ного транспорта, предназначенным для перемещения насыпных и штучных грузов непрерывным потоком. МНТ могут распределять перемещаемый по заданной трассе груз по назначенным пунктам, промежуточным складам, обеспечивая при этом необхо- димый ритм производственных процессов. Основной характеристикой конвейеров являются производительность – объемная V, м 3 /ч, массовая – Q, т/ч и штучная z, шт/час. Объемная и массовая производительность связаны между собой зависимостью , gV Q = где g – объемная или насыпная плотность, т/м 3 В зависимости от однородности различают насыпные грузы рядовые и сортировочные. Рядовым считается груз, у которого максимальный и минималь- ный размер кусов будет 5 , 2 min max > а а Сортированным называется груз, у которого 5 , 2 min max < а а Сортированный груз характеризуется средним размером ( ) 2 min max a а а ср + = Производительность конвейера определяется: 3600 υ А V = 3600 υρ А Q = 3600 t z υ = где А – площадь поперечного сечения потока груза; υ – скорость перемещения груза; t – раскрытие между единичными грузами. Сечение свободно насыпного груза определяется шириной ленты и углом естественного откоса α в соответствии покоя. При движении груза угол есте- ственного откоса уменьшается. При массе груза g G т = и распределенной ли- нейной массе t m g = имеем , 6 , 3 1000 3600 υ υ q t m Q = = Отсюда υ 6 , 3 Q q = Массовая производительность связана со штучной зависимостью 1000 mz Q = 96 Производительность наклонных конвейеров определяется по формуле , 3600 υρ kA Q = где k – коэффициент, учитывающий рассыпание груза по наклонной плос- кости. Транспортирующие машины можно разделить на две группы: с гибким тя- говым элементом (лента, цепь, канат) и без гибкого тягового элемента. К МНТ первой группы могут быть отнесены ленточные, ленточно0канатные, ленточ- но0цепные, пластинчатые, скребковые, подвесные, толкающие, ковшовые, эска- латоры и элеваторы. К машинам второй группы относятся качающиеся, инерци- онные роликовые, винтовые, вибрационные, пневматические и гидравлические конвейеры, гравитационные устройства. §1. Ленточные конвейеры Являются наиболее распространенными конвейерами. На расстояниях до 100 км применение ленточных конвейеров экономичнее чем использование же- лезнодорожного и автомобильного транспорта. Ленточные конвейеры отличаются высокой производительностью (до 30-40 тыс. тонн в час), простотой конструкции, малой удельной массой, надежностью, небольшим расходом энергии, возможно- стью перемещения грузов с большими скоростями. К недостаткам конвейеров следует отнести относительно малую долговеч- ность ленты, ограниченный диапазон температур (-60÷+120 ºС), а также пылеоб- разование при транспортировании сыпучих грузов. Ленточные конвейеры (рис. 84) имеют тяговый элемент 7, выполненный в виде бесконечной ленты, являющейся одновременно-несущим элементом конвей- ера, привод 14,приводящий в движение приводной барабан 15, натяжное устрой- ство 2 с натяжным барабаном 3 и натяжным грузом 1, роликоопоры 6 на рабочей ветви ленты и роликоопоры 5 на холостой ветви ленты, отклоняющий барабан 8, загрузочное устройство 4 и разгрузочные устройства 9 и 10, разгрузочный желоб 11 и устройство для очистки ленты 12. Все элементы конвейера смонтированы на металлической конструкции. 97 Рис. 84. Схема стационарного наклонно-горизонтального ленточного конвейера По конструкции и назначению различают ленточные конвейеры общего назначения (ГОСТ 22644-77 и ГОСТ 22647—77) и специальные. Рис. 85. Схема конвейеров: а – горизонтальный; б – наклонный; в – комбиниро- ванный; г – комбинированный с разгрузочной тележкой По конструкции полотна конвейера, опорных ходовых устройств и пере- даче тягового усилия различают ленточные конвейеры, в которых лента является грузонесущим и тяговым элементом (основной тип), и конвейеры, в которых лен- та служит только грузонесущим элементом, а тяговым элементом являются два каната или цепи (ленточно-канатные и ленточно-цепные). По профилю трассы ленточные конвейеры разделяют на горизонтальные (рис. 85, а), наклонные (рис. 85, б) и комбинированные: горизонтально-наклонные 98 с двумя перегибами (рис. 85, в) и состоящие из горизонтального и наклонного конвейеров (рис. 85, г). Ленточные конвейеры общего назначения с резинотканевой лентой Основными элементами ленточных, конвейеров являются лента, барабаны, поддерживающие роликоопоры, натяжные устройства, привод, загрузочные и раз- грузочные устройства. Лента . В ленточных конвейерах ленту используют в качестве грузонесу- щего элемента, осуществляя одновременно тяговую связь между барабанами кон- вейера. Лента должна иметь высокую прочность, эластичность (гибкость) в про- дольном (на барабанах) и поперечном (на желобчатых опорах) направлениях, вы- сокую износостойкость на истирание рабочих поверхностей, хорошую сопротив- ляемость расслаиванию при многократных перегибах, небольшие упругие и оста- точные удлинения, малую гигроскопичность, а также стойкость против физико- химического воздействия грузов и окружающей среды. В конвейерах применяют резинотканевые , резинотросовые и стальные ленты. Наибольшее распространение находят резинотканевые ленты (ГОСТ 20- 76), состоящие из резинотканевого послойного тягового каркаса и наружных ре- зиновых обкладок (рис. 86, а), предохраняющих каркас от механических повре- ждений и от воздействия влаги, газов, агрессивных сред. В зависимости от усло- вий эксплуатации и назначения ленты разделяют на следующие виды: общего назначения, морозостойкие, теплостойкие, повышенной теплостойкости, пище- вые и негорючие. В зависимости от вида ленты установлены следующие диапазо- ны температур окружающей среды: для лент общего назначения от -45 до +60 °С, для теплостойких не более +100 °С, для повышенной теплостойкости не более +200 °С. Рис. 86. Конвейерная лента: а – резинотканевая; б – резинотросовая; 1 – тканева прокладка; 2 – резиновая обкладка; 3 – стальной канат Конвейерные ленты, согласно ГОСТ 20–76, имеют ширину от 100 до 3000 мм, число тяговых тканых прокладок 1...8. В настоящее время выпускаются ленты шириной до 2000 мм. Максимальное допустимое число прокладок, ограничивает- ся размерами диаметров барабанов, повышенной жесткостью ленты при большом числе прокладок, усложнением образования желоба ленты на роликоопорах и ба- рабанах. Возможности применения более широких лент ограничиваются сложно- стью обеспечения размерного распределения натяжения ленты по ширине. Тол- щина наружных резиновых обкладок в зависимости от вида ленты и вида транс- портируемого груза составляет 1...3,5 мм и 1...10 мм соответственно для нерабо- 99 чей и рабочей стороны ленты. Толщина тканевых прокладок каркаса ленты при- нята 1,15...2 мм. Тканевые прокладки изготовляют из полиамидных или поли- эфирных нитей или из комбинированных (полиэфирных и хлопчатобумажных) нитей. В зависимости от вида ткани каркаса соответственно изменяется номи- нальная прочность тканевой прокладки. Учитывая сложность точного определения действительного напряжения в слоях резинотканевой конвейерной ленты при совместном действии растяжения и изгиба, расчет ведут только на растяжение по максимально допустимой (расчет- ной) рабочей нагрузке тяговой прокладки, устанавливаемой в соответствии с ГОСТ 20-76 в зависимости от среднего угла установки конвейера, вида ленты и числа тяговых прокладок каркаса (табл. 4). Таблица 4 Максимально допустимая рабочая нагрузка [K] тяговой прокладки ленты в зависимости от номинальной прочности прокладки, Н/мм ширины Лента Угол установки кон- вейера по осям кон- цевых барабанов, градусы Число тяговых прокладок Номинальная прочность про- кладки К пр , Н/мм ширины 400 300 200 150 100 65 Общего назначе- ния, морозостой- кая пищевая не- горючая До 10 До 5 50 36 25 18 12 7 Более 5 45 32 22 16 11 6 Более 10 До 5 45 32 22 16 11 6 Более 5 40 30 20 15 10 5,5 Теплостойкая Любой Любое – 30 20 15 10 5,5 Повышенной теплостойкости Любой Любое – 15 10 7,5 5 2,6 Максимально допустимое расчетное усилие растяжения резинотканевой ленты [ ] , max z K B Т = где В – ширина ленты; z – число тканевых прокладок; [ ] n K K пр = – допу- стимая рабочая нагрузка тяговой прокладки ленты, Н/мм ширины; К пр – номи- нальная прочность на разрыв одной, прокладки, Н/мм ширины; ( ) K K K K n n т ст р н o = – расчетное значение коэффициента запаса прочности ленты (здесь п о – расчетное значение коэффициента запаса прочности, принимаемое при проверочных расчетах по максимальным пусковым нагрузкам равным 5 и при расчете по нагрузкам установившегося движения равным 7; К н.р – коэффициент неравномерности работы прокладок, зависящий от числа прокладок; K ст – коэф- фициент прочности стыкового соединения концов ленты, принимаемый в зависи- мости от вида соединения; K ст =0,9÷9,85 для вулканизированного стыкового со- единения, К ст =0,5 при соединении концов ленты металлическими скобами и шар- нирами; К ст =0,4...0,3 при соединении концов ленты внахлестку заклепками; К т — коэффициент, учитывающий влияние конфигурации трассы конвейера; К т =I, 100 К т =0,9 и К т =0,85 соответственно для горизонтальной, наклонно-прямолинейной и сложного профиля (при наличии наклонного и горизонтального конвейеров) трас- сы; К р – коэффициент режима работы; К р для весьма легкого, легкого, среднего, тяжелого и весьма тяжелого режима работы соответственно равен 1,2; 1,1; 1; 0,95 и 0,85. Коэффициент К н.р в зависимости от числа прокладок имеет следующие значения. Число прокладок 3 4 5 6 7 8 Коэффициент К н.р 0,95 0,9 0,88 0,85 0,82 0,8 При выборе типа ленты, толщины обкладок рабочей и нерабочей стороны следует учитывать физико-механические свойства груза (например, абразив- ность), а также условия эксплуатации конвейера. Для увеличения производительности конвейеров применяют резиноткане- вую ленту, снабженную продольными резиновыми бортами высотой 60...300 мм. Во избежание повреждения бортов при огибании барабанов их выполняют гофри- рованными. Наличие бортов создает увеличенное сечение груза, располагаемого на ленте, и позволяет увеличить скорость транспортирования и угол наклона кон- вейера. Допускаемый угол наклона конвейера в этом случае благодаря боковому сжатию груза на 2–3° больше, чем у конвейера с обычной гладкой желобчатой лентой. Для увеличения угла наклона конвейера находит применение так называе- мая рифленая резинотканевая лента. Применение рифленых лент позволяет увеличить угол наклона конвейера на 10-12º. Максимальный угол наклона конвейера не превышает 35-40º. Широкое применение находят резино-троссовые ленты со стальным кана- тами, завулканизированными между слоями ткани вдоль продольной оси ленты. Соединение лент может быть разъемным и неразъемным. К неразъемным относятся соединения с помощью горячей и холодной вулканизации, а так же со- единения с помощью заклепок. К разъемным относятся соединения на петлях, крючьях и болтах. Разъемные соединения применяют на передвижных и перенос- ных конвейерах, а также при частом изменении длины конвейера. Для обеспечения транспортирования груза при больших узлах наклона применяют конвейеры с прижимной лентой и с трубчатой лентой. Барабаны. Различают приводные, концевые, натяжные и отклоняющие барабаны. Диаметр барабана при использовании резинотканевой ленты , 2 1 z k k D б = где z – число тканевых прокладок в ленте; k 1 – коэффициент, учитывающий свойство ткани в ленте. k 2 – коэффициент, учитывающий назначение барабана. Выбранный барабан проверяют на давление ленты по формуле: [ ] Р DB S P б ≤ = α π 360 , [ ] МПа Р 3 , 0 2 , 0 − = где S б – результирующее радиальное усилие на барабан; α – угол обхвата лентой барабана. 101 Во избежании сбегания ленты с барабанов приводные и натяжные бараба- ны иногда выполняют бочкообразными. Длину барабана принимают ( ) 200 150 + = B L При необходимости повышения коэффициента трения поверхность при- водного барабана футируют различными фрикционными материалами, чаще все- го резиной с 45 , 0 3 , 0 ÷ = f Крепление футировки к барабану осуществляется приклеиванием или вулканизацией. Поддерживающие роликоопоры используют во избежании провисания ленты под действием собственного веса и груза. Ролики бывают легкого типа, с шариковыми подшипниками и тяжелого типа, с роликовыми подшипниками. По исполнению ролики подразделяются: на обрезиненные для транспортирования абразивных грузов; амортизирующие, выполненные из резиновых дисков с амор- тизирующей пружиной или пружинные; дисковые, предохраняющие ролики от налипания груза. Диаметры роликов выбирают в зависимости от ширины ленты, скорости движения и вида груза: 89, 108, 133, 159, 194 мм. Шаг установки роли- ков на рабочей ветви – 5 , 1 1 − = р t м; в зоне загрузки 5 , 0 = р t м; на холостой ветви – 2 р t Ленточные конвейеры могут иметь однобарабанный или двухбарабанный привод. В тяжелонагруженных конвейерах большой протяженности применяют многобарабанные приводы, установленные вдоль трассы конвейера. В приводах наклонных ленточных конвейеров применяют остановы и тормоза. Согласно уравнению Эйлера f сб наб e Т Т α ≤ . Наибольшее окружное усилие может быть определено: 1 max f f наб сб наб e e Т Т Т F α α − = − = 2 , 0 = f – для обычных барабанов; 28 , 0 = f – для футированных барабанов. Рекомендуется устанавливать привод по ходу движения ленты после участка с наибольшим сопротивлением или около места разгрузки. Для очистки ленты от налипающего груза применяют скребки и щетки. Натяжные устройства предназначены для создания такого натяжения лен- ты, при котором обеспечивается необходимое сцепление ленты с приводным ба- рабаном. Натяжение ленты осуществляется перемещением натяжного барабана. Натяжные устройства бывают винтовые, гидравлические и грузовые. В некоторых случаях натяжные устройства устанавливают около приводного барабана. Натяж- ное устройство следует располагать в месте, где лента имеет минимальное натя- жение. Усилие создаваемое натяжным устройством должно быть равно сумме натяжений концов ленты на натяжном барабане при пуске плюс усилие, необхо- димое для передвижения сои барабана в направляющих. Коэффициент запаса натяжения равен 1,2…1,5. Ход натяжного устройства определяется по формуле , 01 , 0 L K l н ξ = 102 где L – длина конвейера; K – коэффициент, зависящий от угла наклона конвейера; K=0,65÷0,85; ξ – нормируемый показатель удлинения ленты ξ=2÷4%. Загрузочное устройство предназначено для плавной подачи груза на дви- жущуюся ленту со скоростью, равной скорости ленты. Загрузку сыпучих грузов проводят с помощью загрузочной воронки и лотка. Разгрузка конвейера осу- ществляется сбросом материала с концевого барабана или с помощью плуткового сбрасывателя. Конвейеры с металлической лентой аналогичны конвейерам с резиновой лентой. Стальная лента может быть выполнена цельнокатаной или плетенной из проволоки. Цельнокатаные ленты изготавливают толщиной 0,6÷12 мм и шириной 350÷1000 мм. Роликоопоры для стальной ленты выполняют из нескольких узких роликов диаметром 200 мм, или продольные деревянные или металлические брусья. Для образования желоба конвейеры снабжают стационарными бортами, что позволяет увеличить сечение груза. Для предотвращения повреждения кромок ленты шири- ну барабана принимают равной 0,8В – ширины ленты. В качестве натяжных устройств применяют грузовые натяжные устройства с ходом 250-500 мм. Стальную цельнокатаную ленту рассчитывают нам растяжение [ ] , р б р В Т σ σ ≤ = где Т – максимальное растягивающее усилие; [σ р ] – допускаемое напряжение равное 25 МПа. Допускаемое напряжение не должно быть менее 7 МПа, чтобы исключить большое провисание не 25 – 90 мм. Для стальной ленты коэффициент трения по стальному барабану прини- мают равным f=0,1, для футированного резиной f=0,27. Скорость движения ленты около 1 м/с. Плетенные ленты отличаются простотой конструкции, малой стоимостью, меньшей массой, однако имеют меньшую прочность и значительное удлинение (до 35%). |