Лекции по подъемно-транспортным устройствам

Подождите немного. Документ загружается.

Магнитный поток на конкретной внутренней поверхности статора

различен в зависимости от того, проходит ли над этим местом выступ или паз

ротора. Вследствие этого магнитный поток изменяется, и в статоре индуцируются

вихревые токи, которые, взаимодействуя с магнитным полем ротора, создают

тормозящий момент. Поглощаемая тормозом энергия превращается в теплоту, так

как индуцируемые в статоре вихревые токи нагревают статор. Поэтому

необходимо предусмотреть интенсивное охлаждение статора.

Все шире применяют в качестве тормозных устройств порошковые

электромагнитные тормоза. Принцип работы этих тормозов основан на

использовании механического и молекулярного взаимодействия различных

магнитных порошков в магнитном поле между неподвижной и подвижной

частями тормоза.

10. ПРИВОД ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН

В зависимости от типа и назначения механизма привод может быть

машинный или ручной. Ручной привод применяют для механизмов малой

грузоподъемности, работающих с малыми скоростями движения, а также для

механизмов вспомогательного назначения. Вручную могут приводиться

механизмы подъема, передвижения и поворота. Расчет всех механизмов ведут по

единой методике. Инерционными нагрузками при расчете обычно пренебрегают.

При расчете следует учитывать, что в зависимости от продолжительности работы

сила, развиваемая рабочим, и скорость движения его руки изменяются. Их

средние значения приводятся в таблицах.

Машинный привод имеет следующие разновидности: электрический, от

двигателя внутреннего сгорания, гидравлический и пневматический; кроме того, в

ряде машин находит применение комбинированный привод, например дизель-

электрический, электрогидравлический или электропневматический.

В ГПМ в основном применяют электрический привод, имеющий

следующие преимущества: постоянную готовность к действию; возможность

установки самостоятельного двигателя в каждом механизме ГПМ, что

значительно упрощает конструкцию и управление механизмами; высокую

экономичность; возможность регулирования скорости в значительных пределах,

особенно в приводе постоянного тока; просто осуществляемое реверсирование

механизмов; безопасность работы.

Электрический привод состоит из электродвигателя, аппаратуры

управления и механической передачи от двигателя к рабочему органу машины. В

ПТМ применяют специальные крановые двигатели постоянного тока серии Д и

двигатели общепромышленного типа серии 2П, крановые асинхронные двигатели

переменного тока серии MTF и МТН. В приводах малой мощности применяют

асинхронные двигатели единой серии 4А с короткозамкнутым ротором. На

практике преимущественно применяют двигатели переменного тока не

требующих специальных преобразователей. Однако двигатели постоянного тока

более удобны для использования в ГПМ, т.к. они способны создавать больший

пусковой момент, позволяют осуществлять регулирование частоты вращения в

широких пределах и могут использоваться с большей частотой включений, чем

двигатели переменного тока.

В передвижных кранах широкое применение нашли приводы от двигателя

внутреннего сгорания. Преимуществами привода от двигателей ВС Являются:

независимость от источников электропитания; постоянная готовность к работе,

экономичность, возможность регулирования скорости механизма. К недостаткам

этого вида привода относят: невозможность пуска двигателя под нагрузкой, что

заставляет устанавливать фрикционные муфты, отключающие двигатель от

механизма при пуске; необходимость применения двигателей с завышенной

мощностью для преодоления пусковых моментов.

В настоящее время широкое применение находит и гидравлический

привод благодаря ряду преимуществ. Гидропривод компактен, обеспечивает

широкий диапазон бесступенчатого регулирования скорости; плавное движение,

уменьшающее динамические нагрузки; возможность передавать большие

моменты и мощности при малых размерах и массе гидропередачи; устойчивая

работа при любых скоростных режимах.

Гидравлический привод имеет приводной двигатель, насос, подающий

рабочую жидкость в гидродвигатель, исполнительный механизм и систему

трубопроводов и клапанов управления. Давление жидкости в приводах

современных ГПМ достигает 25 Мпа. Носителем энергии в гидроприводе

является рабочая жидкость, в качестве которой обычно используют маловязкие

минеральные масла с высоковязкими полимерными присадками. Недостатками

гидропривода являются: относительно низкий КПД (0, 7... 0, 8); пониженная

экономичность при работе с грузами, масса которых меньше расчетной;

невозможность использования масла в широком интервале температур;

неизбежные утечки жидкости из гидросистемы.

Пневматический привод по своей структуре, назначению силовых

агрегатов и по основным принципам конструирования аналогичен

гидравлическому приводу. Рабочим телом в этих системах является воздух,

сжатый под давлением 0,4. .. 1,0 Мпа. Пневмопривод еще не нашел широкого

применения и его использование в ПТМ ограничевается механизмами,

работающими во взрывоопасной среде, а также на предприятиях, где имеются

магистрали сжатого воздуха.

11 МЕХАНИЗМ ПОДЪЕМА ГРУЗА

Механизмы подъема ГПМ по типу привода можно разделить на

механизмы с ручным приводом, с индивидуальным и групповым машинными

приводами.

Механизм подъема с ручным приводом состоит из гибкого рабочего

элемента (каната или цепи), навиваемого на барабан, из механической передачи,

снабженной тормозным устройством, и приводной рукоятки. Груз соединен с

гибким элементом с помощью грузозахватного устройства.

Усилие рабочего, приложенное к рукоятке:

РАБ

G⋅D

2⋅l⋅U

з. п .

⋅a⋅η

Где G - вес поднимаемого груза; dб - диаметр барабана; l - длина рукоятки;

Uз.п.- передаточное число зубчатых передач; а - кратность полиспаста; η - общий

КПД механизма подъема.

Скорость подъема груза равна:

ГР

раб

⋅D

2⋅l⋅U

з. п .

⋅a

Где Vгр - окружная скорость рукоятки.

11.1.1. Механизм подъема груза с ручным приводом.

рукоят.

⋅l ; T

бар

max

⋅

G⋅D

a⋅η

пол

⋅2

; F

G⋅D

2⋅l⋅a⋅U

3−4

⋅U

1−2

⋅η

Рисунок 4

Общий КПД механизма подъема учитывает потери от сил трения в блоках

полиспаст, в опорах вала барабана и в зубчатых передачах:

η=η

пол

⋅η

Где ηпол - КПД полиспаста; ηб - КПД барабана; ηз - КПД зубчатой

передачи; ηв - КПД пары подшипников вала.

Согласно правилам Госгортехнадзора механизм подъема с ручным

приводом должен иметь грузоупорныи тормоз. Это требование продиктовано для

исключения несчастных случаев.

11.2. Механизм подъема с индивидуальным машинным приводом

МП обычно состоит из электродвигателя, тормозного устройства,

зубчатого или червячного редуктора и барабана, на котором закреплен канат с

грузозахватным устройством. Соединение валов механизма рекомендуется

выполнять с помощью зубчатых муфт. Муфты МЗП допускают значительное

относительное смещение соединяемых валов, что упрощает процесс монтажа

механизма. Допускается также применение упругих втулочно-пальцевых муфт. В

качестве тормозного шкива можно использовать одну из полумуфт соединения

двигателя с редуктором. Механизм подъема проектируется так, что

самопроизвольное выключение или расцепление муфт невозможно. Согласно

«Правилам» опускание груза возможно только двигателем. Рассмотрим одну из

возможных схем механизма подъема.

На схеме: 1 - крюковая подвеска; 2 - канат; 3 - направляющие канатные

блоки; 4 барабан; 5 - муфта; 6 редуктор; 7 тормоз; 8

электродвигатель; 9 - ограничитель высоты подъема.

Последовательность расчета МП:

1. В большинстве случаев подъем груза производится с помощью

полиспаста, дающего возможность уменьшить усилия в канате и

величину грузового момента на барабане. Схему полиспаста

необходимо выбрать из расчета, чтобы на одну ветвь каната

приходилось 8... 16 кН груза.

2. Для выбранного полиспаста определяют к.п.д.:

1−η

бл



1−η

бл



⋅а

3. Максимальное натяжение каната в месте набегания на барабан при

подъеме груза:

max

ГР

а⋅η

⋅η

нδ

4. Расчетное разрывное усилие каната:

разр

max

⋅K

где наименьший допускаемый коэффициент запаса прочности стальных

канатов К=5 для легкого, К=5,5 для среднего, К=6 для тяжелого режимов работы.

5. По величине разрывного усилия подбирают канат. Для однослойной

навивки применяют канаты с органическим сердечником; для

многослойной навивки с металлическим сердечником. Если груз

подвешен на одной ветви каната, то выбирают нераскручивающийся

канат по ГОСТ 2688-80.

6. Диаметр канатного барабана и блока по средней линии каната:

D ≥ dк · е,

где коэффициент е, для легкого режима работы механизма е=16; среднего -

е =18; тяжелого - е=20.

7. Требуемая мощность электродвигателя в киловаттах:

N =

ГР

⋅V

ГР

1000⋅60⋅η

здесь QГР - вес номинального груза в Н; VГР - скорость подъема груза в

м/мин;

- к. п. д. механизма подъема, определяемая по формуле:

= ηп · ηtн.δ · ηp · ηМУ · ηбар,

где в правой части к. п. д. соответственно полиспаста, направляющего

блока, редуктора, муфты и барабана.

8. Выбирается двигатель ближайший, больший по мощности с учетом

режима работы механизма. Следует выписать рабочую частоту

вращения, отношение максимального момента к номинальному и

отношение пускового момента к номинальному.

9. Определяют требуемую частоту вращения барабана в об/мин:

ГР

⋅a⋅1000

π⋅D

где а - кратность полиспаста; D - диаметр барабана в мм.

10. Требуемое передаточное отношение редуктора:

радд

дв

11. По требуемому передаточному числу редуктора, мощности двигателя и

с учетом режима работы механизма подбирается редуктор. Желательно, чтобы

передаточное число выбранного редуктора было несколько больше вычисленного

по п.10. В этом случае можно скорректировать диаметр барабана в большую

сторону, чтобы получить заданную

скорость подъема груза:

УТ

1000⋅V

ГР

⋅a

π⋅n

, мм

12. Определяют размеры барабана. Рабочая длина для

одинарного полиспаста:



Н⋅а

π⋅D

УТ

Z



⋅PZ

⋅P ,

где P = dK + (2...3)мм - шаг нарезки барабана; Z0 =1,5... 2 - число запасных

витков; Z1 = 4 - число витков, необходимых для крепления каната; Н -высота

подъема груза.

Конструкция по рис. а) с консольным расположением барабана на валу

редуктора заманчива своей простотой и компактностью. Она не требует ни

муфты, ни дополнительной опоры, но осуществить ее удается редко только при

короткой длине каната.

По схеме на рис. б) барабан двухопорный. Справа его вал опирается на

металлоконструкцию машины через сферический подшипник, слева - на

выходной вал редуктора также через сферический подшипник, расположенный в

специальном гнезде на торце вала. Конец выходного вала редуктора здесь должен

иметь специальное исполнение в виде зубчатой полумуфты, которая передает

крутящий момент барабану через другую полумуфту, соединенную с барабаном

болтами. Такое исполнение валов имеют лишь некоторые стандартные

редукторы, например цилиндрические двухступенчатые Ц2, коническо-

цилиндрические КЦ1. Зубчатая муфта допускает значительное угловое смещение

соединяемых валов, поэтому требования к точности центровки здесь невысокие.

Полумуфта со стороны барабана отличается сложностью изготовления.

В схеме по рис. в) барабан опирается на цилиндрический конец редуктора

вала через втулку, на которую шпонкой передается крутящий момент. Правая

опора не отличается от предыдущей схемы. Соединение вала редуктора с

барабаном требует точной взаимной центровки, а также жесткого основания. Из-

за этого схема находит лишь ограниченное применение.

Барабан по схеме на рис. г) имеет две автономные опоры со сферическими

подшипниками и практически не нагружает вал редуктора радиальной силой.

Крутящий момент передается зубчатой муфтой, которая допускает значительную

несоосность соединяемых валов, Конструкция отличается от предыдущих

большим габаритом.

После принятия окончательных размеров барабана производят

проверочный прочностной расчет стенки барабана. На практике основным

является расчет стенки барабана на сжатие. Напряжение сжатия определяется по

формуле:

сж

max

δ⋅P

≤

[

]

сж

где Smax - максимальное натяжение каната; [σ]сж - допускаемое

напряжение

сжатия для материала барабана, принимаемое равным 0,5 предела

текучести для стальных барабанов и 0,2 предела прочности для чугунных.

13. Выбор соединительных муфт.

Соединение валов (между двигателем и редуктором, а также между

редуктором и барабаном) осуществляют с помощью зубчатых или упругих

втулочно-пальцевых муфт. Между двигателем и редуктором обычно

устанавливают муфту с тормозным шкивом. Муфты выбираются по величине

передаваемого крутящего момента. Наибольший кратковременный момент,

передаваемый муфтой, не должен превышать двукратной величины наибольшего

паспортного крутящего момента муфты.

Расчетный момент муфты:

=Т

НОМ

⋅к

Коэффициенты к1 степени ответственности механизма и к2 режима

работы механизма приведены в таблице:

Наименование механизма К1

при режимах К2

легком

среднем

тяжелом

весьма тяжел.

Механизм подъема

1,3

1,1

1,2

1,3

1,5

Механизм передвижения

1,2

Механизм поворота

1,4

Механизм измен, вылета

1,4

14. Выбор тормоза

Для остановки груза и удержания его в подвешенном состоянии

механизмы подъема должны быть снабжены тормозом. Преимущественное

применение имеют колодочные нормально замкнутые тормоза, автоматически

размыкающиеся при включении привода механизма. Тормоза устанавливаются на

наиболее быстроходном валу механизма, где действует наименьший крутящий

момент (чаще всего на той из полумуфт соединения двигателя с редуктором,

которая ближе к редуктору).

Необходимый по нормам Госгортехнадзора тормозной момент, по

которому подбирается тормоз, определяют по формуле:

ГР

⋅D

2⋅a⋅i⋅η

⋅к

где D - диаметр барабана; ηM - к.п.д. механизма подъема; а - кратность

полиспаста; i - общее передаточное отношение между тормозным валом

и валом барабана. Коэффициент запаса торможения принимают: кТ = 1,5 при

легком режиме работы; кТ = 1,75 при среднем; кТ = 2,0 при тяжелом.

15. Выбор крюка или крюковой подвески.

Выбираются по номинальной грузоподъемности по

ГОСТу. Упорный шарикоподшипник крюка подбирают по статической

нагрузке, а радиальные подшипники блоков - по динамической нагрузке. Для

механизмов подъема кранов коэффициент безопасности кб=1,2.

16. Определение времени пуска двигателя.

Пусковой момент, развиваемый двигателем, не зависит от веса груза и

характера работы, выполняемый краном, и определяется только

характеристиками двигателя:

Тпуск = Тст + Тдин.1 + Тдин.2

Динамические нагрузки при работе механизма подъема груза.

При установившемся движении момент на валу двигателя при подъеме

номинального груза:

СТ

max

⋅m⋅D

бар

2⋅u⋅η

гр

⋅D

бар

2⋅a⋅u⋅η

;

где Smax- натяжение каната на барабане, определенное при подъеме груза

весом Gгр; m- число канатов, навиваемых на барабан; Dбар - диаметр барабана,

измеренный по центру сечения каната;

- значение к.п.д. механизма без

полиспаста;

- передаточное число редуктора.



=η

⋅η

пол



Мощность двигателя при аодъеме номинального груза весом Gгр с

установившейся скоростью Vгр (м/с)

СТ

ГР

⋅V

ГР

1000⋅η

В период пуска кроме статического момента двигатель преодалевает также

силы инерции груза и вращающихся элементов привода. Согласно принципу

Даламбер, уравнение приведенных к валу двигателя моментов при пуске имеет

вид:

пуск

=М

СТ

М

ИН 1

М

ИН 2

;

где Мин1 - момент сил инерции вращающихся масс механизма,

отнесенный к валу электродвигателя, состоит из моментов сил инерции этого вала

с ротором и сил инерции масс остальных валов, приведенных к валу двигателя;

Мин2 - момент сил инерции груза, приведенный к валу двигателя.

При рассмотрении неустановившихся процессов движения принят ряд

допущений и упрощений. Так, например, не учтено влияние упругости элементов

привода, металлоконструкций и грузовых гибких элементов, т.е. они все

рассматриваются как абсолютно жесткие. Однако для большинства практических

расчетов по определению времени пуска и торможения эти допущения

обеспечивают вполне приемлемую точность расчетов.

Для механизмов грузоподъемных машин сумма всех моментов сил

инерции остальных валов, приведенных к валу двигателя не превышает 10…20%

значения моментов сил инерции массы вала с ротором электродвигателя.

Поэтому, этот момент можно приближенно выразить ( в Н·м)

ин 1



1,1 . .. 1,2



⋅

⋅n

9 . 55⋅t

;

где коэффициент 1,1…1,2 учитывает влияние маховых масс второго и

последующего валов.

Определяя значение приведенного момента силы инерции груза в процессе

пуска груза на подъем, полагают, что он движется с постоянным линейным

ускорением w=v/t. Чтобы сообщить грузу такое ускорение, к нему необходимо

приложить силу F=G·v/t. Эта сила создает на барабане крутящий момент:

F⋅D

бар

2⋅a⋅η

пол

ГР

⋅V

ГР

⋅D

бар

2⋅a⋅η

пол

⋅t

Зависимость скорости груза от частоты вращения барабана (об/мин)

ГР

π⋅D

бар

⋅η

бар

60⋅а

тогда

π⋅G

ГР

⋅V

ГР

⋅D

бар

⋅n

бар

120⋅а

⋅t⋅η

пол

Момент МF, приведенный к валу двигателя, является моментом от силы

инерции груза:

инг

u⋅η

π⋅G

ГР

⋅D

бар

⋅n

бар

120⋅а

⋅t⋅u⋅η

⋅η

пол

где

- соответственно передаточное число и к.п.д. механизма от вала

барабана до вала двигателя. Выразив частоту вращения барабана через частоту

вращения первого вала

бар

инг

ГР

⋅D

бар

⋅n

38. 2⋅а

⋅t⋅u

⋅η

;

где

=η

⋅η

пол

- общий к.п.д. механизм и полиспаста.

Тогда выражение для пускового момента примет вид:

пуск

=М

СТ





1,1 . .. 1,2



⋅

⋅n

9. 55⋅t



ГР

⋅D

бар

⋅n

38. 2⋅а

⋅t⋅u

⋅η

Формула для определения времени пуска:

пуск

−М

СТ

⋅

[



1,1 .. .1,2



⋅

⋅n

9 .55



ГР

⋅D

бар

⋅n

38 .2⋅а

⋅u

⋅η

]

Для механизма подъема груза крана время пуска рекомеедуется в пределах

1.5…5 с.

В процессе торможения замедление и остановку движущихся масс

проводят за счет совершения работы тормозом, при этом потери в механизме

способствуют замедлению движущихся масс, уменьшая необходимую работу

торможения:

=±М

Т . СТ .





1,1. . .1,2



⋅

⋅n

9 .55⋅t



ГР

⋅D

бар

⋅n

⋅η

38. 2⋅а

⋅t

⋅u

;

где МТ - номинальный момент, развиваемый тормозом; знак статического

момента от груза МТ.СТ. при торможении зависит: при торможении

поднимающегося груза он способствует остановке механизма ( знак "-"); при