3 страница. Для изготовления каната используют проволоки одного диаметра или пряди свивают из

Для изготовления каната используют проволоки одного диаметра или пряди свивают из проволок различного диаметра. Во втором случае канат отличается повышенной гибкостью и более плотной «упаковкой» проволок в сечении каната.

Если проволоки в слоях пряди расположены так, что их поверхности пересекаются, то образуется точечное касание проволок соседних слоев. Такое расположение проволок создает повышенное давление в точках контакта и ускоряет износ проволок. Канаты, изготовленные таким образом, называются канатами с точечным касанием проволок (ТК). Если же в пряди проволоки последующего слоя не пересекаются с проволоками предыдущего слоя, то их касание между собой происходит не в точках, а по линиям (ЛК). Канаты с линейным касанием имеют лучшее заполнение сечения, более гибкие и износостойкие, выдерживают большее число перегибов на блоках и значительно дольше служат по сравнению с канатами типа ТК.

С учетом всего сказанного выше в грузоподъемных машинах общего назначения рекомендуется применять следующие три типа шестипрядных нераскручивающихся стальных канатов крестовой свивки с линейным касанием проволок

ЛК-Р 6х19(1+6+6/6)+1о.с. по ГОСТ 2688-80

ЛК-РО 6х36(1+7+7/7+14)+1о.с. по ГОСТ 7668-80

ЛК-РО 6х36(1+7+7/7+14)+7х7(1+6) по ГОСТ 7669-80

Первый тип каната содержит 19 проволок в каждой из 6 прядей, а второй - 36. С увеличением числа проволок в пряди их диаметр уменьшается. Поэтому в условиях запыленности, когда велик абразивный износ проволок, предпочтительнее использовать канаты с меньшим числом проволок, так как толстая проволока будет дольше изнашиваться.

Два первых типа, каната имеют органический сердечник, волокнистый из пеньки, нейлона, капрона, полипропилена. А третий тип каната выполнен с металлическим сердечником, благодаря которому канат не теряет формы под воздействием нагрузки от вышележащих витков. К тому же этот канат пригоден для работы в агрессивной среде и высоких температурах, т.е. там, где органический сердечник разрушается.

Характеристики всех этих типов каната приведены в прил. 1, где указаны диаметры и разрывные усилия канатов для двух наиболее часто применяемых маркировочных групп. Но подбирая тип каната следует также учитывать режим работы крана. Так канаты ЛК-Р 6x19 являются предпочтительными при средних и тяжелых группах режима работы (М-6M), а канаты ЛК-РО 6x36, как более гибкие, чаще применяют в компактных малогабаритных электрических талях, эксплуатируемых в легких режимах (1М-ЗМ).

Расчет выбранного каната сводится к определению его минимального допустимого диаметра по разрывному усилию. Разрывное усилие каната зависит от диаметра каната и прочности проволок, из которых изготовлен канат: чем выше предел прочности проволок, тем больше разрывное усилие каната и, следова­тельно, для подъема одного и того же груза может быть использован канат меньшего диаметра. Канат будет пригоден для работы, если произведение максимального усилия в канате S_б (см.5.5.2) на коэффициент запаса прочности К не превышает разрывное усилие каната Р, указанное в прил. 1.

,

Значения коэффициента запаса прочности каната указаны в табл. 5.3 в зависимости от назначения крана, типа привода и режима работы.

Таблица 5.3

Минимальные допустимые значения коэффициента К

Назначение крана	Привод механизма	Группа режима работы	К
Подъёмные кана- ты всех грузо- подъёмных кра- нов за исключе- нием кабельных	Ручной	1М	3,5
Машинный	1М	4,0
--/-- --/-- --/-- --/-- --/--	2М	4,5
3М	5,0
4М	5,5
5М	7,0
6М	9,0
Лебёдки для подъёма людей	Ручной и машинный	-	9,0
Тяговые канаты всех кранов	--/--	-	4,0

5.5.4. Выбор крюковой подвески

Крюковая подвеска выбирается с таким расчетом, чтобы она соответствовала принятой схеме и кратности полиспаста, грузоподъемности и режиму работы механизма. Учитывается также и диаметр уже выбранного студентом каната.

Нормальная крюковая подвеска (рис.5.9) состоит из двух щёк, канатных блоков 2, число которых изменяется в зависимости от грузоподъемности от одного до восьми, траверсы 3, в которой при помощи гайки 4 удерживается крюк 5, и оси 6 блоков. Варианты нормальных крюковых подвесок даны в прил. 2, где указаны все основные параметры подвесок: грузоподъемность, группа режима работы, диаметр каната и расстояние между наружными блоками. Ряд сведений содержит и стандартное обозначение типоразмера подвески. Например, подвеска 4-16-500 (прил. 2) состоит их четырех канатных блоков (первая цифра в обозначении), каждый из которых имеет диаметр 500 мм (последняя группа цифр) и рассчитана на подъем груза массой 16 т (вторая группа цифр).

Подбирая типоразмер крюковой подвески, необходимо выполнить три условия:

- грузоподъемность крюковой подвески не должна быть меньше заданной

Puc.5.9. Крюковая подвеска

массы поднимаемого груза;

- число подвижных блоков, обозначенных на схеме полиспаста (см.5.5.2), должно быть равным числу блоков, вмонтированных в принятую для этого механизма крюковую подвеску;

- наконец, следует обеспечить соответствие групп режимов работы подвески и механизма.

5.5.5. Определение основных размеров грузового барабана

Канатные барабаны служат для навивки каната и преобразования крутящего момента на валу в тяговое усилие каната, а вращательного движения вала в поступательное движение перемещаемого груза. Барабаны имеют цилиндрическую форму и изготавливаются литыми из чугуна марок СЧ15, СЧ18, СЧ24 для легких и средних режимов работы или из стали марок 35Л, 55Л для тяжелых режимов работы. Причем стальные барабаны могут быть как литыми, так и сварными.

По назначению различают барабаны для многослойной навивки каната и однослойной. Многослойные барабаны применяют в компактных конструкциях или при значительной длине навиваемого каната. Благодаря навивке в несколько слоев удается существенно уменьшить габаритные размеры барабана. Конструктивные особенности таких барабанов - гладкая, как правило, не нарезная поверхность и бортовые выступы (реборды), препятствующие сходу каната с барабана.

Барабаны для однослойной навивки (рис. 5.10), применяются в сочетании со сдвоенными полиспастами, но с обязательной винтовой нарезкой поверхности. Так как на барабан от сдвоенного полиспаста навиваются одновременно две ветви каната, то и на его поверхности устраиваются два нарезных участка с направлением нарезки от периферии к центру. Нарезные канавки упорядочивают укладку витков каната, увеличивают площадь контакта каната с барабаном, устраняют трение между соседними витками и таким образом уменьшают износ каната. Канавки нарезаются с шагом t=1,1dк, глубиной h=0,3 dк и радиусом донышка R=0,54dк. Расчет канатного барабана начинают с определения его гео­метрических размеров.

Рис.5.10. Канатный барабан 1 - обечайка барабана, 2 - нарезные участки 3 - ступицы, 4 - зубчатая муфта, 5 - опора вала.

Минимальный диаметр барабана D_б допускаемый правилами Росгортехнадзора, подсчитывают по формуле:

,

d_к - диаметр каната;

ω - коэффициент, расчётная величина которого зависит от типа подъёмного устройства, привода механизма и режима его работы (табл. 5.4).

Получив значение Д_б ,, его следует увеличить до ближайшего значения стандартного ряда (разд. 3).

Таблица 5.4

Тип грузоподъёмных машин	Привод механизма	Режим работы механизма (группа режима)	Коэффи-циент ω
Все типы, за исклю- чением стреловых кранов, электроталей и лебёдок	Ручной Машинный	Лёгкий (1М) Лёгкий (2М,3М) Средний (4М) Тяжёлый(5М) Весьма тяжёлый(6М)
Стреловые краны	Ручной Машинный	Лёгкий (1М) Лёгкий (2М,3М) Средний (4М) Тяжёлый(5М) Весьма тяжёлый(6М)
Электрические тали Лебёдки для подъёма Грузов	Машинный Ручной Машинный	- - -
Лебёдки для подъёма людей	Ручной Машинный	- -

Однако, иногда в расчетах приходится еще более увеличивать диаметр барабана, чем достигается уменьшение его длины. И опасаться этого не следует, так как увеличение Д₆ продлит срок службы каната.

Следующим этапом в расчете барабана является определение его длины. Согласно расчетной схеме (рис. 5.11) длина барабана равна

,

где l_н- длина одного нарезного участка

l₀- длина гладкого среднего участка

l_К – длина концевого участка

,

где t- шаг нарезки;

Z_Р – число рабочих витков каната, навиваемых на один нарезной участок;

Z_непр=1,5 – число неприкосновенных витков, которые непременно должны оставаться на барабане после опускания груза на основание и тем самым разгружать узел крепления каната к барабану;

Z_кр=3-4 – число витков, используемых для крепления конца каната к барабану;

,

где l_Р - рабочая длина каната, навиваемая на один нарезной участок l_Р= Нα

Н – заданная высота подъёма груза;

α – кратность полиспаста.

, когда

или , когда

Расчёт по этой формуле выполняют только в случаях, когда полиспаст имеет больше трёх подвижных блоков. Если же их число меньше, то величину не рассчитывают, а принимают равной мм, чтобы не допустить перехлёста смежных ветвей каната.

В формулах:

В- расстояние между наружными блоками крюковой подвески (прил. 2)

h_min- расстояние между осью барабана и осью блоков крюковой подвески в её крайнем верхнем положении (рис. 5.11) приближенно можно принимать h_{min ;}

- максимальный угол отклонения от вертикали каната в крайнем верхнем положении крюковой подвески. Предельный допускаемый угол отклонения для нарезных барабанов и для гладких барабанов .

Длина гладкого концевого участка, необходимого для закрепления обечайки барабана в станке при нарезании канавок приблизительно равна

Длину барабана с многослойной навивкой каната рассчитывают по другой методике. Если поверхность такого барабана не имеет нарезной канавки, то при наличии канатоукладчика витки каната укладываются

вплотную в каждом из n навиваемых слоёв.

Рис.5.11. Расчетная схема нарезного барабана

Тогда

где - расстояние между внутренними поверхностями реборд, равное

,

- число слоёв навивки,

- толщина реборды барабана.

Значения d_к, Н, Д_б в расчётных формулах следует подставлять в метрах.

Расчётные значения диаметра и длины барабана определены правильно, если выполнено условие

Когда условие не выполнено могут возникнуть проблемы с компоновкой механизма, а при >3 возрастут изгибные напряжения в обечайке барабана что так же не желательно. В последнем варианте целесообразно дополнительно увеличить и повторить расчёты.

5.5.6. Расчет крепления каната к барабану

Надежное крепление каната к барабану обеспечивается клиновыми зажимами или прижимными планками. Чаще применяют прижимные планки, крепление (рис. 5.12) с помощью которых происходит за счет сил трения между планкой, канатом и барабаном. По правилам Росгортехнадзора полагается ставить не менее двух одноболтовых планок, смещенных одна относительно другой по окружности барабана на 60°.

Puc.5.12.Схема крепления каната:

1 - барабан, 2 - прижимная планка, 3 - болт

Конец каната закладывается в крайнюю канавку нарезки петлей так, что основная часть каната переводится через частично вырубленный промежуточный выступ нарезки сразу в третью канавку. Петля каната накрывается сверху планкой, которая прижимается к барабану крепежным болтом. Отверстие с резьбой высверливается во второй от края канавке.

Расчет узла крепления каната к барабану проводится при максимальных нагрузках. Они возникают, когда канат почти полностью свит с барабана, т.е. перед самым касанием поднятым номинальным грузом основания. В этом случае канат нагружает узел крепления усилием

,

где - максимальное натяжение каната;

- основание натурального логарифма;

- коэффициент трения между канатом и барабаном;

- угол обхвата барабана неприкосновенными витками Z_непр (см.5.5.5) в радианах. Канат будет надёжно удерживаться планками, если его прижать к барабану усилием

где _- коэффициент сопротивления вырыву каната из под планок.

Болты, прижимающие планки к барабану испытывают напряжения от растяжения и в меньшей степени от изгиба, вызываемого силами трения. Действующие в болтах растягивающие напряжения равны.

_,

где Z – число болтов

- внутренний диаметр болта

R=1,25 – коэффициент запаса, учитывающий изгибные нагрузки.

Завершающей задачей расчёта узла крепления является определение диаметра болтов

,

где усилие прижатия планок Р в Н

- допускаемое напряжение в болтах, которое зависит от материала. Для болтов, изготовленных из стали марки Ст3 принимают мПа. Выполнив эти расчеты, полезно учесть и практические рекомендации. Обычно на эксплуатируемых кранах применяют стандартные болты М12 для крепления каната диаметром до 12,5 мм, М16 – до 15 мм, М20 до 17,5 мм. Поэтому если расчётный диаметр болтов получился излишне большим, допускается увеличение числа болтов до Z=4, заменив одноболтовые планки двухболтовыми, и за счёт этого уменьшить диаметр болтов.

5.5.7. Расчет толщины стенки барабана

Стенки барабана при работе испытывают напряжения от сжатия, изгиба и кручения. Однако, в барабанах, длина которых не превышает трех диаметров, напряжения от изгиба и кручения незначительны по величине и составляют только 10-15 % от напряжения сжатия. Поэтому основным расчетом стенки барабана является расчет на сжатие.

Если барабан литой, то минимальную толщину его стенки предварительно рассчитывают по эмпирической формуле из технологических возможностей отливки:

мм для чугунного барабана,

мм для стального барабана.

В формулы диаметр барабана Д_б подставлять в мм.

Затем проверяют уровень действующих напряжений при сжатии стенки огибающим её канатом с шагом навивки t

;

где S_б в Н

Расчётное напряжение должно быть меньше или равно допускаемому для материала из которого изготовлен барабан. Если условие не выполнено, то толщину стенки барабана увеличивают.

Таблица 5.5

Допускаемые напряжения , мПа (Н/мм²)

Материал	Группы режимов работы механизма
1М	2М	3М	4М	5М	6М
ВМ Ст 3 сп
35Л
55Л
СЧ15				-	-	-
СЧ18					-	-
СЧ24					-	-

5.5.8. Выбор крановых механизмов

Если в разделе 5.5.4. была выбрана стандартная крюковая подвеска, то диаметр канатных блоков указан последней цифрой в её обозначении. Прочие же размеры блоков следует определить расчетом.

В крановых механизмах применяют литые, штампованные и сварные

канатные блоки, профиль ручья которых выполнен в соответствии с требованиями ОСТ 24.191.05-82. Радиус основания должен быть равен

,

Высота реборды блока

угол раскрытия реборд

При выполнении этих условий размеры ручья позволяют ка­нату отклоняться из плоскости блока на угол до 6°,

Блоки рекомендуется изготавливать из стали марки 35Л-2 отливкой и из стали марки 35 с применением сварки или штамповки. Для легких режимов работы допускается изготавливать блоки из чугуна не ниже марки СЧ 15. Как показывает опыт эксплуатации, износ каната на стальных блоках выше, чем на чугунных. Так, если принять износ каната на чугунном блоке за единицу, то на стальном блоке он будет равен 1,1. Хороший эффект по снижению износа каната достигается в биметаллических блоках или в блоках с покрытием из синтетических материалов. Алюминиевая футеровка блока снижает износ по сравнению с чугунным блоком на 20%, а капроновое или полиамидное покрытие на 50%.

Диаметр канатных блоков рассчитывают по той же формуле, которая приведена в разделе 5.5.5 для расчета диаметра барабана. Но учитывая, что условия работы каната при огибании блока сложнее, чем при навивке его на барабан, целесообразно принимать диаметр блока на 10-15 % больше диаметра барабана.

5.5.9. Выбор электродвигателя

Максимальная статическая мощность Nст. (кВт), которую должен иметь механизм в период подъема номинального груза в установившемся движении, равна

,

где G – вес номинального груза с крюковой подвеской и грузозахватом (при его наличии), кН;

V_гр – скорость груз подъёма, м/с;

- КПД механизма, определяемое по формуле

,

- КПД полиспаста, равный

при кратности для одинарного для сдвоенного

полиспаста полиспаста полиспаста

	0,98	0,97
	0,97	0,94
	0,955	0,91
	0,94	0,88

- КПД канатного блока, равный 0,96-0,98;

- КПД барабана, принимаемый тоже 0,96-0,98;

- КПД редуктора, указываемый обычно в его технической характеристике. Для цилиндрических двухступенчатых редукторов чаще других устанавливаемых на грузоподъёмные механизмы значение находится в пределах 0,95-0,97;

- КПД открытой зубчатой передачи, если она присутствует в механизме. Ориентировочно можно принимать равным 0,95;

Определив статическую мощность, подбирают серию электродвигателя, а затем его частоту вращения и мощность (прил. 3). При этом следует учитывать, что электродвигатели с короткозамкнутым ротором серий МТКF, 4МТ, 4АСК, 4МТКН, запускаемые в работу обычно с помощью магнитного пускателя (кнопки), резко набирают обороты, что вызывает значительные динамические воздействия на механизмы и опорные металлоконструкции. Поэтому в таком варианте эти двигатели используют исключительно в механизмах малой грузоподъёмности лёгких режимов работы с мощностью привода не выше 2,5 5,0 кВт. Другое дело, когда эти двигатели оснащены тиристорными системами регулирования частоты вращения и благодаря этому запускаются плавно. Но сравнительно высокая стоимость тиристорных систем пока сдерживает их широкое распространение.

Гораздо чаще грузоподъёмные механизмы оснащаются асинхронными электродвигателями с фазным ротором серий МТF, МТН,4МТН, 4АК, 4АНК. Двигатели МТF применяются преимущественно в лёгких режимах работы, а МТН в средних и тяжёлых. В особо тяжелых режимах работы (группа 6М) рекомендуется использовать двигатели постоянного тока серии Д, технические данные которых приведены в ГОСТ 184-71,185-70, 19523-81.

Ответственным этапом выбора исполнительного электродвигателя является установление номинальных частоты его вращения и мощности. При использовании двухскоростных электродвигателей с короткозамкнутым ротором их частота вращения принимается равной 1500 мин^-1. Если применяют электродвигатели с фазным ротором, то их частоту вращения выбирают 1000 мин^-1 для режимных групп ЗМ-4М или 500-750 мин^-1 для режимных групп 5М-6М и мощности свыше 40 кВт. Номинальная мощность электродвигателя Ngв может быть принята меньше максимальной статической Nст.макс. Это объясняется тем, что электродвигатели обладают высокой перегрузочной способностью и в течение короткого времени успешно выдерживают более чем двухкратную перегрузку. Эквивалентная мощность, развиваемая двигателем при подъеме грузов различной массы, всегда меньше N_{ст.макс.}. Поэтому, подбирая электродвигатель по мощности, можно придерживаться следующих рекомендаций: если механизм предназначен для режимных групп 1М, 2М, ЗМ, то мощность двигателя снижают относительно N_{ст.макс.} на 30%, в группе 4М на 20%, в группе 5М на 10%, в группе 6М оставляют без изменения.

5. 5.10. Выбор передачи

В состав передачи грузоподъемного механизма входит стандартный редуктор и в отдельных случаях дополнительно к редуктору открытая зубчатая передача (рис. 5.1). Из стандартных редукторов применяют двухступенчатые

цилиндрические горизонтальные типов Ц2У, Ц2H, ЦDНD, ЦDН, Ц2, РК и трехступенчаты ЦЗУ, ЦТНД. Конструктивной особенностью данных типов является исполнение конца тихоходного вала с зубчатым венцом полумуфты и расточкой для размещения опоры вала барабана, чем достигается снижение габаритов грузоподъемного механизма.

Редукторы типа ГК имеют на тихоходном валу установленную шестерню, предназначенную для работы в открытой зубчатой передаче.

Технические данные наиболее употребляемых редукторов указаны в прил. 4. Полное обозначение редуктора Ц2У-315 содержит дополнительную информацию и выглядит так: Ц2У-315Н-25-14МУ2. Эти редукторы, выпускаемые Майкопским редукторным заводом, имеют 15 исполнений сборки с передаточными числами от 8 до 50. Каждая буква или цифра в обозначении несет

смысловую нагрузку:

Ц2У - редуктор цилиндрический, двухступенчатый, унифицированный;

315- межосевое расстояние в мм;

Н - зубчатые колеса с зацеплением Новикова;

25 - передаточное число;

14 - номер исполнения;

М - означает, что конец выходного вала оснащен зубчатой

полумуфтой;

У2 - климатическое исполнение (ГОСТ 15150-69).

Выбирают типоразмер редуктора в прил. 3 или в [10] на основании следующих параметров: расчетного эквивалентного крутящего момента на тихоходном валу М_э, передаточного числа механизма , частоты вращения электродвигателя п_д, заданной группы режима работы механизма и фактического (по условиям компоновки) расстояния между осями грузового барабана и приводного электродвигателя.

Расчетный эквивалентный момент М_э не должен превышать допускаемый крутящий момент М_т (прил. 4), обязательно выполнение условия

Эквивалентный крутящий момент рассчитывают по формуле

Дата добавления: 2015-08-26