Классификации грузоподъемных механизмов. Класс использования механизма характеризуется предполагаемой общей продолжительностью эксплуатации (в часах) и номинальными классами (табл. 1.4).
Максимальную общую продолжительность эксплуатации можно получить исходя из предполагаемого среднего суточного времени использования (в часах), числа рабочих дней в году и ожидаемого срока службы (в годах).
Таблица 1.4. Класс использования механизмов
Класс использования | Общая продолжительность испытания, ч | Примечание |
' Т0 | Нерегулярное использование | |
т, | ||
Т2 | ||
Т3 | ||
Т4 | Регулярное использование в легких условиях | |
Т5 | Регулярное использование с перерывами | |
Тб | 12 500 | Регулярное интенсивное использование |
Т7 | 25 000 | Интенсивное использование |
Т8 | ||
Т9 |
Для классификации условились под временем работы механизма понимать время, в течение которого данный механизм находится в движении.
Таблица 1.5. Номинальные режимы нагружения
Режим нагружения | Примечание | |
Обозначение | Определение | |
L1 | Легкий | Механизмы, подвергаемые действию малых нагрузок регулярно, наибольших нагрузок — редко |
L2 | Умеренный | Механизмы, подвергаемые действию умеренных нагрузок регулярно, наибольших нагрузок — довольно часто |
L3 | Тяжелый | Механизмы, подвергаемые действию больших нагрузок регулярно, наибольших нагрузок - часто |
L4 | Весьма тяжелый | Механизмы, подвергаемые действию наибольших нагрузок регулярно |
Значения общей продолжительности использования механизмов следует понимать только как теоретические, условно принятые и служащие исходными данными при проектировании деталей механизмов, для которых время использования является критерием выбора данной детали (например, шариковых подншпников, зубчатых колес и валов). Они не могут рассматриваться как гарантированные значения.
Режим нагружения определяет относительную длительность, когда механизм подвергается действию максимальной или пониженной нагрузки. В табл. 1.5 приведены номинальные режимы нагружения.
Группы классификации механизма в целом. Установив класс использования и режим нагружения, по табл. 1.6 определяют группу классификации данного механизма.
Таблица 1.6. Группы классификации (режима) механизма в целом
Режим нагружения | Класс использования | ||||||||||
Обозначе-ние | Определение | Т0 | т, | т2 | т3 | т4 | т5 | т6 | т7 | т8 | т9 |
L1 | Легкий | Ml | М2 | М3 | М4 | М5 | Мб | М7 | М8 | ||
L2 | Умеренный | Ml | М2 | М3 | М4 | М5 | Мб | М7 | М8 | ||
L3 | Тяжелый | Ml | М2. | М3 | М4 | М5 | Мб | М7 | М8 | ||
L4 | Весьма тяжелый | М2 | М3 | М4 | М5 | Мб | М7 | М8 |
Выбор каната, блоков, полиспаста. Канаты предназначены для подъема, опускания, удерживания и перетягивания груза, т.е. выступают в качестве гибких тяговых элементов, и бывают пеньковые, хлопчатобумажные, синтетические и стальные.
В грузоподъемных машинах в основном применяются стальные канаты из высокопрочной стальной проволоки диаметром 0,2—3 мм высшей (В), первой (I) и второй (II) марок с временным сопротивлением разрыву вр = 1400—2000 МПа.
Для кранов, работающих в сухих помещениях, рекомендуется использовать канаты из «светлых» (не покрытых другими металлами) проволок, а для кранов, работающих в сырых помещениях и на открытых площадках, - из оцинкованных проволок. Последние являются коррозионно-стойкими, но прочность их снижается на 10 % и, кроме того, они слабо сопротивляются действию кислот.
По числу переходов канаты для грузоподъемных машин бывают одинарной и двойной свивки (рис. 1.5). Канат одинарной свивки состоит из проволок, свитых в одну прядь. В канатах двойной свивки проволки сначала свиваются в пряди (стренги), которые затем свиваются в канат вокруг центрального сердечника.
Сердечники могут быть пеньковые, асбестовые, металлические или синтетические. Пеньковые сердечники пропитываются смазкой, которая, выдавливаясь в процессе работы, смазывает канат, что увеличивает срок его службы. Асбестовые сердечники используют в канатах при работе крана в горячих цехах, а металлические или синтетические — при многослойной навивке каната на барабан.
В зависимости от касания проволок по слоям их намотки в прядях различают канаты с линейным касанием (ЛK), точечным касанием (ТК) и точечно-линейным (TЛK). В канате типа ЛK углы навивки проволок в различных слоях совпадают, в канатах типа ТК — не совпадают, типа TJIK — чередуются. В грузоподъемных машинах предпочтение отдается использованию канатов типов ЛK и TЛK, более гибким и примерно в 1,5—1,8 раза более долговечным, чем типа ТК.
Канаты ЛK бывают нескольких разновидностей:
♦ ЛK-0 — из проволок одинакового диаметра в наружном слое пряди;
♦ ЛK-Р - из проволок разных диаметров в наружном слое пряди;
♦ ЛК-РО — из проволок одинакового и разного диаметра в отдельных слоях;
♦ ЛK3 - канаты, в которых между слоями проволок размещены за-полняющие проволоки меньшего диаметра.
В обозначениях каната присутствуют буквы, указывающие на их тип, а также другие показатели. Например, в обозначении каната типа ЛК-РО 6x36 [1+7+7/7+14]+1 о.с. цифра «6» — число прядей; «36» — число проволок в одной пряди; цифры в квадратных скобках - число слоев в пряди и проволок в соответствующем слое; «1 о.с.» указывает на то, что имеется один органический сердечник.
Необходимо обоснованно выбрать тип и типоразмер для проектируемого механизма, изучив устройство и особенности канатов и учитывая, что на долговечность каната существенное влияние оказывают конструктивные, технологические и эксплуатационные факторы. Характеристики некоторых типов канатов приведены в табл. 1.7.
Типоразмер каната определяется его диаметром и выбирается по справочникам в зависимости от разрывного усилия:
SpKSmax, (1.1)
Где Sp — расчетное разрывное усилие каната; К— наименьший коэффициент запаса прочности, регламентируемый Правилами Ростехнадзора (табл. 1.8); Smax— максимальное рабочее натяжение ветви каната, навиваемой на барабан.
Таблица 1.8. Коэффициент запаса прочности каната
Группа режима | Минимальное значение К | |
Подвижные канаты | Неподвижные канаты | |
M1 | 3,15-3,55 | 2,5т-3,0 |
М2 | 4,0 | 3,5 |
М3 | 4,5 | 4,0 |
М4 | 5,6 | 4,5 |
М5 | 7,1 | 5,0 |
М6 | 9,0 | 5,0 |
Полиспастом называют совокупность подвижных и неподвижных блоков, огибаемых гибким органом, обеспечивающую выигрыш в силе или скорости. В зависимости от этого они делятся на силовые и скоростные.
Силовые полиспасты получили наибольшее распространение в грузоподъемных машинах. Они обеспечивают;
♦ ослабление усилия в канатах, что позволяет уменьшать диаметры канатов, блоков и барабана;
♦ уменьшение статического момента, создаваемого грузом на барабане;
♦ снижение требуемого передаточного числа редуктора, что повышает его компактность;
♦ уменьшение динамических нагрузок и демпфирование механических колебаний в приводе за счет стального проволочного каната.
Силовые полиспасты разделяются на два типа:
♦ одинарные полиспасты — один конец каната закрепляют на барабане, а другой — на крюковой подвеске или металлоконструкции крана. При наматывании или сматывании каната усилие его натяжения смещается вдоль продольной оси барабана, вызывая не-желательные изменения нагрузки на его опоры. Кроме того, в одинарных полиспастах не обеспечивается строго вертикальный подъем груза и возможно закручивание крюковой подвески;
♦ сдвоенные полиспасты — оба конца каната закрепляются на барабане, имеющем правую и левую нарезки. При подъеме и опускании груза одновременно наматываются или сматываются оба конца каната, благодаря чему достигается равномерность нагрузки на опоры барабана и металлоконструкцию. Однако при сдвоенных полиспастах требуется вдвое большая длина каната. Такие полиспасты находят применение для механизмов, расположенных на грузовых тележках (козловые, мостовые и консольные краны).
Основными характеристиками полиспаста являются кратность и КПД.
Кратностью полиспаста называют отношение числа ветвей, на которых висит груз, к числу ветвей, наматываемых на барабан. Кратность полиспаста указывает на выигрыш в силе (для силовых полиспастов) или в скорости (для скоростных полиспастов).
Максимальное натяжение зависит от кратности полиспаста пол и для механизма подъема груза определяется по формуле
(1.2)
Где Gгр - вес поднимаемого груза, Н; Gпод — вес грузозахватного органа, Н; пол— КПД полиспаста; а — число ветвей каната, навиваемых на барабан. В предварительных расчетах пол можно принять по табл. 1.9.
Таблица 1.9. Кратность полиспаста
Характер навивки на барабан | Тип полиспаста | пол при грузоподъемности, т | ||||
До 1 | 2-6 | 10-15 | 20-30 | 40-50 | ||
Непосред- ственный | Одинарный | 2-3 | 3; 4 | 4-6 | - | |
Сдвоенный | 2; 3 | 3; 4 | 4; 5 | |||
Через направляющие блоки | Одинарный | 1; 2 | 2; 3 | 3; 4 | 5; 6 | - |
Сдвоенный | - | 2; 3 | 3; 4 | - |
КПД полиспаста определяется как отношение полезной работы к затраченной, т.е. характеризует потери при работе полиспаста на изгиб каната на блоках и на трение в их осях, и находится из выражения
где бл— КПД блока, причем для блоков на подшипниках качения можно принять бл = 0,97—0,98, а на подшипниках скольжения бл = 0,94-0,96.
Для случая, когда ветвь каната, идущая на барабан, проходит через z направляющих блоков, учитываются потери и на этих блоках, тогда КПД полиспаста определится по формуле
Для сокращения инженерных расчетов при проектировании грузоподъемного механизма рекомендуется принимать пол по табл. 1.10, а - по табл. 1.11.
Таблица 1.10. КПД полиспаста пол
пол | Кратность полиспаста | |||||||
0,96 | 0,98 | 0,96 | 0,94 | 0,92 | 0,90 | 0,96 | 0,82 | 0,78 |
0,98 | 0,99 | 0,98 | 0,97 | 0,96 | 0,95 | 0,93 | 0,91 | 0,89 |
Таблица 1.11. КПД направляющих блоков
бл | Число блоков z | ||||||
0,96 | 0,92 | 0,88 | 0,85 | 0,81 | 0,78 | 0,75 | 0,69 |
0,98 | 0.96 | 0.94 | 0,92 | 0,90 | 0,88 | 0,87 | 0,85 |
При расчете механизма подъема груза кратность полиспаста в зависимости от грузоподъемности и типа можно принять по табл. 1.9, а КПД — по табл. 1.10.
Блоки — элементы грузоподъемных машин, предназначенные для изменения направления гибкого органа.
Блоки бывают подвижные, ось которых перемещается в пространстве, и неподвижные — с осью, закрепленной на металлоконструкции крана.
Профиль обода канатных блоков, за исключением приводных, принимают с таким расчетом, чтобы не было излишних зазоров между стенками и канатом, но в то же время не происходило бы заклинивания каната. Оптимальный радиус канавки r= 0,53 dк (dк - диаметр каната).
По назначению блоки делятся на направляющие, уравнительные и поддерживающие.
В направляющих блоках высоту реборд принимают равной 2 dк. Однако для концевых блоков стреловых кранов рекомендуется увеличивать высоту реборд до (5—6) dк, что значительно снижает вероятность схода каната с блока. Диаметр направляющих блоков по средней линии навиваемого каната выбирают по соотношению
Dблdкk, (1.5)
где Dбл — диаметр блока по средней линии навиваемого каната; к — коэффициент, зависящий от выбора диаметра блока (табл. 1.12).
Таблица 1.12. Коэффициент выбора диаметра блоков
Тип машины | Режим работы | Значение к |
Грузоподъемные машины всех типов, за исключением стреловых лебедок и элек- троталей | M1, М2, М3, М4, М5, М6 | 16,18,20, 22,4 , 25 28 |
Стреловые краны, лебедки, электротали | М1-М6 |
Окончательный диаметр блока следует принимать из нормального ряда размеров: 160, 200, 250, 320, 400, 450, 560, 630, 710, 800, 900 и 1000 мм.
Уравнительные блоки применяют в механизмах со сдвоенными полиспастами для выравнивания в их ветвях нагрузок и длин канатов. Эти блоки не вращаются, а поворачиваются на небольшой угол, поэтому их диаметр рекомендуется принимать на 20 % меньше диаметра направляющих блоков.
Поддерживающие блоки устанавливают на прямолинейных длинных трассах каната. Характерной их особенностью является малый угол охвата канатом. Диаметр поддерживающих блоков принимают в пределах (8—10) dк.
Приводные блоки предназначены для передачи окружных усилий. Канавки этих блоков могут быть полукруглыми, а диаметр принимается из соотношения Dбл > (0—80) dк.
Крюковые подвески служат для соединения грузозахватного органах канатом.
Грузозахватные органы предназначены для захвата (застропки), надежного удержания, ориентирования и освобождения (отстропки) грузов при производстве погрузочно-разгрузочных операций.
Время, затрачиваемое на застропку и отстропку груза, составляет от 20 до 80 % общей продолжительности цикла работы крана. Поэтому производительность кранов находится в прямой зависимости от конструктивных качеств захватных устройств и правильного их подбора к конкретному грузу и условиям работы. Весьма обстоятельно конструкции, особенности и расчет грузозахватных устройств даны в справочнике [1.5].
При одной ветви каната в качестве крюковой подвески используют крюки и петли с коушем или конической втулкой, посредством которых закрепляется канат. При нескольких ветвях каната применяют более сложные крюковые подвески — нормальные и укороченные, с однорогим и двурогим крюком [1.1, 1.4].
Укороченные подвески, имеющие меньшую высоту, применяют для одинарных и сдвоенных полиспастов с четной кратностью.
Таблица1.13. Технические характеристики монтажных электрических лебедок ЛМ2, ЛМЗ,2, JIM5, JIM8
Параметр | Лебедка ЛМ2 | Лебедка ЛМ3.2 | Лебедка ЛМ5 | Лебедка ЛМ8 |
Номинальное тяговое усилие на канате, кН (кг) | 20 (2000) | 32(3200) | 50 (5000) | 80 (8000) |
Канатоемкость барабана, м | ||||
Скорость навивки каната (на 1-м/последнем слое), м/с | 0,3/0,45 | 0,28/0,38 | 0,18/0,26 | 0,22/0,26 |
Число слоев навивки | — | |||
Диаметр каната, мм | 13,5 | 17,5 | 22-22,5 | |
Режим работы ПВ, % | ||||
Тип тормоза | ТГК-200 | ТГК-200 | ТГК-200 | |
Мощность электродвигателя, кВт | 8,5 | 11,0 | 15,0 | — |
Напряжение питания, В | ||||
Масса (без каната), кг | ||||
Габариты, мм: длина | ||||
ширина | ||||
высота |
Таблица 1.14.Т ехнические характеристики монтажной электрической лебедки ТЭЛ5
Параметр | Значение |
Тяговое усилие на канате, кН (кг) | 55 (5000) |
Канатоемкость барабана, м | |
Скорость навивки каната (на 1-м слое), м/с | 0,28 |
Число слоев навивки | |
Диаметр каната, мм | 22,5 |
Тип тормоза | ТГК-160 |
Мощность электродвигателя, кВт | 4,3 |
Напряжение питания, В | |
Масса (без каната), кг | |
Габариты, мм: | |
длина | |
ширина | |
высота |
Таблица 1.15. Технические характеристики электромеханической лебедки ЛЭМ 1,5-4
Параметр | Значение |
Тяговое усилие на канате, т | 1,5 |
Длина каната, м | |
Скорость навивки каната, м/мин: | |
на минимальном диаметре намотки | |
на максимальном диаметре намотки | |
Масса лебедки, кг: | |
без каната | |
с канатом | |
Габаритные размеры, мм | 1215x540x490 |
Если в задании на проектирование механизма не указано, для перемещения каких грузов предназначен механизм, то можно выбирать любой тип подвески. Типоразмер крюковой подвески выбирается по справочнику [1.5] в зависимости от грузоподъемности и группы режима механизма.
Лебедки предназначены для производства подъемно-транспортных операций при строительных, монтажных и других работах, а также для комплектации подъемных устройств, буровых установок, мачтовых подъемников, бетономешалок различных типов и др. Лебедки не предназначены для подъема людей. Технические характеристики некоторых типов электрических лебедок приведены в табл. 1.13—1.15. Подбор лебедки производится по номинальному тяговому усилию в канате, наматываемом на барабан.
При расчете крепления лебедки определяют необходимый вес уравновешивающего груза на раме или усилие в анкерных болтах из условия грузовой устойчивости лебедки:
(1.6)
где Кy — коэффициент грузовой устойчивости; Мв — восстанавли¬вающий момент; М0 — опрокидывающий момент.
Моменты определяют из условия, что опрокидывание лебедки происходит вокруг точки упора переднего элемента рамы в якорь:
где Q — усилие в канате, навиваемом на барабан лебедки; G1 — вес лебедки; G2 — усилие в анкерных болтах, или вес уравновешивающего груза; a — расстояние от центра массы лебедки до точки опрокидывания; b — расстояние от точки опрокидывания до места закрепления анкерных болтов или до центра тяжести уравновешивающего груза; h — расстояние от каната до точки опрокидывания.
После преобразования получим
(1.7)
Кроме того, необходимо рассчитать якорь лебедки на прочность и устойчивость против горизонтального смещения под действием сдвигающей силы
(1.8)
где FTp=G1— сила трения рамы о грунт;= 0,3 — 0,5 — коэффициент трения рамы о грунт.
Пример 1.5. Рассчитать такелажную оснастку, предназначенную для подъема аппарата двумя мачтами методом поворота вокруг шарнира по условиям примера 8.2. Мачты установлены между поворотным шарниром и центром массы аппарата.
Исходные данные. Максимальные усилия в задней ванте мачты Qв = 0,15 МН и грузовом полиспасте Qп = 0,21 МН соответствуют началу подъема аппарата.
Исходя из класса использования и режима нагружения подъемного механизма, руководствуясь табл. 1.4—1.6, устанавливаем его классификационную группу — М2.
Выбор каната для задней ванты мачты производится по расчетному разрывному усилию, которое в соответствии с (1.1) равно
где К= 3,5 принимается по табл. 1.8 для неподвижного каната при режиме работы М2; Smax = QB принято равным максимальному усилию в задней ванте.
По табл. 1.7 подбираем канат двойной свивки типа JIK-P 6x19(1+6+6/6)+1 о.с. (ГОСТ 2688—80) диаметром dк —16,5 мм, от носящийся к маркировочной группе 1960 Н/мм2 с разрывным усилием не менее 166000 Н.
Нагрузка, приходящаяся на грузовой полиспаст, составляет 0,21 МН (21т). Сходящая с полиспаста ветвь каната через два направляющих блока (z - 2) непосредственно навивается на барабан лебедки. Руководствуясь табл. 1.9, принимаем к установке полиспаст одинарного типа с пол = 5. В полиспасте используются ролики на шарикоподшипниках (бл= 0,975).
Тогда КПД полиспаста по (1.4) составит
Максимальное натяжение при одной сходящей ветви каната (а = 1) полиспаста определяется по (1.2):
Выбор каната производится по расчетному разрывному уси¬лию, которое определяется по (1.1):
где К= 4,0 принимается по табл. 1.8 для подвижного каната при режиме работы М2; Smax принято равным максимальному усилию в сходящей ветви полиспаста.
По табл. 1.7 выбираем канат двойной свивки типа ЛК-Р 6х 19(1+6+6/6)+1 о.с. (ГОСТ 2688—80) диаметром — 18 мм, относящийся к маркировочной группе 1860 Н/мм2 с разрывным усилием не менее 189500 Н.
Диаметр направляющих блоков по средней линии навиваемо¬го каната выбирают из соотношения (1.5):
Dбл>dKk= 0,018-18 = 0,324 м. Принимаем блок диаметром 320 мм.
Выбор монтажной лебедки производится по номинальному тяговому усилию в канате, навиваемом на барабан лебедки. Данное усилие принимается равным максимальному натяжению сходящей ветви каната полиспаста, т.е. Q = Smax = 0,046 МН (46 кН).
По табл. 1.13 выбираем электролебедку монтажную JIM5: G1 = = 35,5 кН; а = 0,645 м; b = 1,835 м; h = 0,73 м.
Определим расчетную нагрузку на фундаментные болты по (1.7):
при коэффициенте грузовой устойчивости Ку — 1,5.
Данная нагрузка воспринимается двумя фундаментными болтами. Приняв коэффициент неравномерности нагрузки равным 1,1, определяем расчетный внутренний диаметр резьбы болтов
где [] =230 МПа —допускаемое напряжение материала болта; С= 0,002 м — прибавка на коррозию.
К установке окончательно принимаем болты М24. Сдвигающая сила, действующая на якорь лебедки, находится по (1.8):
Вес якоря принимается равным (2—3)Nдля заглубленных якорей и до 5Nдля незаглубленных якорей.