Пластинчатые насосы и гидромоторы

Пластинчатые насосы и гидромоторы, называемые также шиберными, при меняются в гидроприводах экскаваторов и. в системах гидравлического управления.

Основные элементы пластинчатого насоса – ротор 1 (рис. 3.8), пластины 2, перемещающиеся в пазах ротора под действием центробежных сил или давления масла, и статор 3, по внутренней поверхности которого скользят пластины. Ротор установлен в статоре с эксцентриситетом е.

Если у насоса каждая пластина за полный оборот ротора один раз всасывает жидкость и один раз нагнетает, то такой агрегат называется насосом однократного' действия.

На рис. 3.8 представлена схема пластинчатого насоса однократного действия с двумя пластинами. На рис. 3.9 – схема пластинчатого насоса двукратного действия.

При вращении ротора 1 по часовой стрелке верхняя пластина нагнетает жидкость в правую полость насоса, в то время как вторая пластина бездействует. Во избежание утечек жидкости момент вступления в работу одной пластины должен соответствовать моменту выхода второй из работы.

Рис. 3.8 – Схема пластинчатого насоса однократного действия: 1 – ротор, 2 – пластины, 3 – статор	Рис. 3.9 – Схема пластинчатого насоса двукратного действия

При повороте ротора 1 подача насоса увеличивается и достигает максимума, когда пластина 2" занимает вертикальное положение. Затем объемная подача насоса уменьшается и достигает минимума при выходе пластины из работы. Для уменьшения пульсации жидкости обычно число пластин увеличивают до 4 ... 12. Чтобы напорная полость не соединилась со всасывающей, предусмотрены уплотняющие выступы. Пластинчатый насос двукратного действия показан на рис, 3.10. При вращении ротора по часовой стрелке на участке 8 – 1 происходит всасывание, а на участке 2-3 – нагнетание жидкости. Откуда она через окно в боковом диске вытесняется в напорную магистраль. Затем на участке 4- 5 вновь происходит всасывание, а на участке 6-7 жидкость снова подается в напорную магистраль. Следовательно, за один полный оборот ротора каждая пластина насоса двойного действия дважды участвует в процессе всасывания и дважды в процессе нагнетания.

Рис. 3.10 – Пластинчатый насос: 1 – приводной вал, 2 – корпус, 3 – канал, 4 – ротор, 5, 12 – уплотнения, 6 – распределительный диск, 7 – крышка, 8 – пружина распределительного диска, 9 – напорный патрубок, 10 – статор, 11– всасывающий патрубок, 13 – пластины

Для должного контакта между пластинами и статором под пластины (в полости А) подводится жидкость из напорной магистрали. С боковых сторон пластины уплотняют втулками или дисками, в которых сделаны окна Б и В для подвода и отвода жидкости.

Приводной вал 1, установленный на двух шарикоподшипниках в корпусе 2, вращает ротор 4, в котором размещено двенадцать пластин 13. Ротор закреплен

на шлицевой консольной части вала. Для более надежного прижатия пластин 13к внутренней поверхности статора 10 к основанию пластин подводится жидкость под давлением из напорного патрубка 9. Торцовые поверхности уплотняются автоматически давлением нагнетаемой насосом жидкости, действующей на распределительный диск 6, размещаемый внутри крышки 7. Жидкость подводится к насосу через всасывающий патрубок 11 и канал 3, а отводится под давлением – через распределительный диск 6 и напорный патрубок 9. Уплотнения 5 и 12 предотвращают внешние утечки.

При такой конструкции ротор свободно вращается при пуске насоса даже в холодную погоду.

Гидроцилиндры

Гидроцилиндры приводят в действие элементы рабочего оборудования машин с помощью подвижного звена в виде цилиндра 3 (рис. 3.11, а) или поршня 6 со штоком 10. Различают гидроцилиндры одностороннего и двустороннего действия. У первых принудительное движение звена осуществляется под давлением жидкости только в одном направлении (рабочий ход), а возврат в исходное положение - под действием пружины 12 (рис. 3.11, б) или веса перемещаемого элемента. У вторых, наиболее распространенных, подвижное звено перемещается принудительно нагнетаемой жидкостью в противоположных направлениях(рис. 3.11, в-е). Гидроцилиндры двустороннего действия бывают С> односторонним (рис. 1.36, в) и двусторонним штоком (рис. 3.11, д,' е). При необходимости перемещения подвижного звена на значительные расстояния (до 2,5 ... 3 м) при меняют телескопические гидроцилиндры (рис. 1.36, д). Полость цилиндра, в которой расположен шток, называется штоковой, противоположная - поршневой.

Рабочая жидкость в поршневую и штоковую полости поступает соответственно через угловые штуцеры 11 и 8. Герметичное разделение штоковой и: поршневой полостей обеспечивается уплотнениями (манжетами) 5 поршня.

Утечке рабочей жидкости из штоковой полости препятствует уплотнение (манжета) 9. Хвостовые части 1 цилиндров и головки штоков имеют сферические подшипники 2 для шарнирного крепления к элементам машин. Для смягчения ударов в конце хода поршня служит демпфирующий клапан 4. При обратном ходе поршня демпфером является упор 7. Основные параметры гидроцилиндров - внутренний диаметр цилиндра, диаметр штока, ход поршня и номинальное давление.

Усилие (МПа), развиваемое гидроцилиндром при подаче давления (p) рабочей жидкости в. полости:

– поршневую

F_п=рp(d_ц)² /4;

– штоковую

F_ш = pp [(d_ц)² - (d_ш)²]/ 4,

где р - давление рабочей жидкости, МПа; d_ц и d_ш - соответственно диаметры цилиндра и штока, м.

а)

б) г)

в) д)

е)

Рис. 3.11 – Гидравлические цилиндры: а – конструкция гидроцилиндра: 1 – хвостовая часть, 2 – сферический подшипник, 3 – цилиндр, 4 – демпфирующий клапан, 5– манжетные уплотнения поршня, 6 – поршень, 7 – упор, 8, 11 – угловые штуцеры,9 – уплотнение штока, 10 – шток; б – гидроцилиндр одностороннего действия, в – гидроцилиндр двустороннего действия, г – телескопический гидроцилиндр, д, е – гидроцилиндры двустороннего действия с двусторонним штоком

Скорость движения (м/с) поршня (цилиндра) зависит от расхода рабочей жидкости Q

v = 4Q/(p d_ц²h_0б), rдe h_0б = 0,8 ... 0,95 - объемный кпд.

Силовые гидроцилиндры называют также объемными гидродвигателями с поступательным движением выходного звена в виде штока и закрепленных на нем устройств. В дорожно-строительных машинах (рис. 3.12 и 3.13) применяются гидроцилиндры, рассчитанные на номинальное давление 10, 16, 25 и 32 МПа с максималь­ным (пиковым) давлением соответственно 14 и 16, 20 и 25, 32 и 40 40 и 50 МПа. Скорость движения штоков силовых гидроцилиндров во время работы находится в пределах 0,3—0,5 м/с.

Гидроцилиндры могут эксплуатироваться при температуре окружающего воздуха от -40 до +70 °С и температуре рабочей жидкости (РЖГ) от —10 до +70 °С; номинальное рабочее давление, на которое рассчитаны гидроцилиндры, 16 МПа.

Рис. 3.13 – Принципиальная схема объемного гидропривода: а – общий вид, б и в – положения золотника 5 при работе машины; 1 – масляный фильтр, 2 – гидро-бак, 3 – аксиально-поршневой насос, 4 – напорный трубопровод, 5 – золотник, 6 – рукоятка, 7 – напорная линия, 8 – гидро-цилиндры отвала 9, 10 – сливная линия, 11 – клапан, 12 – сливная линия

а) б)

Рис.3.12. – Примеры применения гидроприводов в строительных машинах:

а – в системах управления отвалом бульдозера, б – в системах управления стрелой, рукоятью и ковшом у экскаватора

На рис. 3.13 приведена схема управления подъемом отвала бульдозера. Изменяя положение рукоятки 6 золотника 5 машинист устанавливает нужное положение отвала. рукоятка 6 задает положение золотника 5, который управляет подачей рабочей жидкости в гидроцилиндры 8 подъема отвала. С его помощью можно соединять напорную 4 и сливную 12 линии либо с трубопроводом 7 (см. рис. 3.13, б), рабочее положение Р1 рукоятки управления 6), либо с трубопрово­дом 10 (см. рис. 3.8, в), положение· Р2), реверсируя работу гидроци­линдров. В нейтральном положении золотника (положение Н) можно останавливать штоки гидроцилиндров и связанный с ни­ми отвал 9 в любом положении, перекрывая оба трубопровода 7 и 10. При этом через клапан 11 соединяются напорная 4 и сливная 12 линии и непрерывно разгружается работающий насос [1].

ГИДРОАППАРАТУРА

Гидроклапаны

Гидроклапаны представляют собой запорные устройства: шариковые, конические или золотниковые (рис. 3.14) [1 ].

			Рис. 3.14 – Схемы гидроклапанов: а - шариковый; б - кони-ческий; в - золотнико-вый; 1 - седло клапана; 2 - запирающий элемент; 3 - пружина
а)	б)	в)

Выбор типа клапана зависит от его назначения, проходного сечения и давления. Обратные клапаны обеспечивают движение жидкости только в одном направлении. При изменении направления движения жидкости клапан плотно прижимается к седлу давлением самой жидкости.

Обратные ГК применяют для защиты насосов от резкого повышения давления, вызываемого нагрузками на рабочем органе, а также для формирования направлений потоков рабочей жидкости в гидролиниях. Их устанавлива­ют последовательно с фильтрами.

Гидрозамки представляют собой уп­равляемые обратные клапаны, которые позволяют запирать систему, а при необ­ходимости пропускать жидкость в обоих направлениях. Поэтому они кроме обрат­ного клапана включают в себя шток и поршень для управления клапаном. Гид­розамки устанавливают, например, между гидродвигателем и гидрораспределителем, чтобы надежно фиксировать положение рабочего органа.

Регулирующая гидроаппара­тура предназначается для изменения расхода или давления рабочей жидкости путем частичного открытия проходных ка­налов. К регулирующим гидроаппаратам относят гидроклапаны давления (предо­хранительные и редукционные), дроссели и регуляторы потока рабочей жидкости.

Предохранительные гидроклапаны служат для ограничения давления, воспринимаемого гидродвигателем от большой внешней нагрузки. Для этого они пропускают рабочую жидкость из на­порной гидролинии в сливную.

Редуционные клапаны (рис. 3.15) используют для поддержания пониженного давления на отдельных участках системы.

Рис. 3.15 – Схема редукционного клапана

Принцип работы. Полость А соединена с напор­ным трубопроводом. Давление в полости А, преодолевая усилие пружины и силу давления в полости С, открывает клапан 1.При этом жидкость из полости высокого давления перетекает в полость низкого давления до тех пор, пока давление в трубопроводе низкого давления не под­нимется до определенного значения. Пос­ле этого давление жидкости через канал 2 сообщится полости С. Под действием давления в полости С золотник переместит­ся влево и перекроет доступ жидкости из линии высокого давления.

Гидродроссели с постоянным или регулируемым гидравлическим сопротив­лением служат для регулирования расхо­да жидкости в гидролиниях. На рис. 3.16 показан регулируемый гидродроссель с об­ратным клапаном. Он предназначен для ограничения потока жидкости в одном на­правлении и свободного пропуска потока в другом.

Рис. 3.16 – Гидродроссель регулируемый с об­ратным клапаном: 1 – уплотнение, 2 – тарелка, 3 – пружина, 4 – запopный элемент, 5 - поворотный корпус, 6 – кольцо со шкалой, 7 - неповоротный корпус

Гидробаки – емкости для хранения, отстоя и охлаждения рабочей жидкости, циркулирующей в гидроприводе. Гидробак сообщается с атмосферой через сапун, представляющий собой воздушный фильтр.

Гидролинии состоят из труб, по ко­торым жидкость поступает от насоса к распределительной аппаратуре и гидро­двигателям. Жесткие гидролинии выпол­няют, как правило, из стальных бесшов­ных труб. Подвижные части с установ­ленными на них элементами гидропривода соединяют гибкими рукавами высокого давления. Для предотвращения вытека­ния жидкости и предохранения ее от заг­рязнения при разъединении трубопрово­дов применяют самозапирающиеся соеди­нения с двумя шариковыми клапанами.

Рабочие жидкости

К рабочей жидкости в гидроприводе строительных машин предъявляются вы­сокие требования. Она должна быть хо­рошо смазывающим материалом, не вызы­вать коррозии металлов, с которыми она контактирует, обладать свойствами, кото­рые не изменяются во время эксплуата­ции и от температуры. Кроме того, рабочая жидкость не должна образовывать пены и содержать веществ, выпадающих в осадок, должна быть безопасной в по­жарном отношении и не токсичной. На­иболее полно отвечают этим требованиям масла, получаемые из незастывающих фракций нефти с соответствующими при­садками: заглушающими, антиокислитель­ными, антипенными, противоизносными, антикоррозионными.

В строительных машинах, работающих при температуре окружающего воздуха 318 ... 228° К, применяют в основном спе­циальные рабочие жидкости: МГ-30 (ТУ 38-1-01-50 - 70) - в качестве летнего сорта для районов с умеренным климатом и всесезонного сорта для южных районов страны; ВМГЗ (ТУ 38-101479-74)- для всесезонной эксплуатации в районах Крайнего Севера и в качестве зимнего сорта в районах с умеренным климатом.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Ниже рассматривается устройство и принципиальная схема управления работой неполноповоротного экскаватора.

Необходимо ознакомиться по указанию преподавателя с работой части схемы и защитить ее устройство и работу.

Кинематическая и гидравлическая схемы неполноповоротного экскаватора приведены на рис. 3.14 и 3.15 [2].

Основным рабочим органом неполноповоротных экскаваторов служит унифицированный ковш 9 (рис. 3.14) прямой и обратной ло­пат вместимостью 0,25 м³, входящий вместе со стрелой 11, рукоятью 10, тягами 8 и гидроцилиндрами 5 ... 7 подъема стрелы, поворота ру­кояти и ковша в комплект экскаваторного оборудования машины.

Это оборудование монтируется на поворотной колонне 4, установ­ленной на усиленной раме 17 базового трактора 1. Поворот колон­ны с рабочим оборудованием вокруг вертикальной оси в плане на 180° обеспечивается: цепным поворотным механизмом, состоящим из двух попеременно работающих гидроцилиндров 16 (рис.3.14, б), втулочно-роликовой цепи 15 и звездочки 14, жестко закрепленной на валу поворотной колонны или двумя гидроцилиндрами 18 (рис. 3.14, а, в), имеющими возможность поворачиваться относительно шарнира А, штоки которых шарнирно соединены с сектором Б по­воротной колонны.

Устойчивость экскаватора при работе обеспечивается двумя вы­носными опорами 13, управляемыми гидроцилиндрами 12 с гидро­замками. Спереди трактора навешен неповоротный бульдозерный отвал 1, управляемый гидроцилиндром 2.

Рис. 3.14 – Схема неполнопоротного гидравлического экскаватора второй размерной группы: 1 отвал, 2 – цилиндр управления отвалом, 3 –базовый трактор, 4 – поворотная колонна, 5 – гидроцилиндр подъема стрелы, 6 – гидроцилиндр поворота рукояти, 7 – гидроцилиндр поворота ковша. 8 – рычаг крепления ковша, 9 – ковш, 10 – рукоять, 11 – стрела, 12 – гидроцилиндр выдвижной опоры 13, 14 – звездочка поворотной колонны 4, 15 – цепь, 16 – гидроцилиндры механизма поворота, 17 – рама, 18 – гидроцилиндры

На экскаваторе работают две самостоятельные гидравлические системы: одна из них является частью трактора, а вторую устанавливают дополнительно для привода узлов рабочего оборудования.

Гидросистема трактора включает шестеренный насос 1 типа НШ, который приводится в движение от дизеля через редуктор 16 (рис. 3,15) и при 1600 об/мин развивает производительность 47 л/мин.

Рис. 3.15 – Кинематическая и гидравлическая схемы экскаватора Э-51: 1, 15, 18, 19 – насосы,

2 – двигатель, 3, 14 – масляные баки с фильтрами, 4, 13 – гидро- распределители, 5 – гидроцилиндр стрелы, 6 – гидроцилиндры рукояти, 7 – цилиндр ковша, 8 – кран для выпуска воздуха, 9 - гидроцилиндры поворота, 10 – гидроцилиндр выносных опор, 11 – гидроцилиндр бульдозера, 12 - перепускной клапан 16, 17 - редукторы, звездочка поворотной колонны

Литература

1. Добронравов С.С., Дронов В.Г.Строительные машины и основы автоматизации: Учеб. строит. вузов. – М.: высш. шк. 2001, – 575 с. ; ил.

2. Беркман и др. Одноковшовые гидравлические экскаваторы: Учеб. пособие. – М.: Высш. шк

3. http://www.os1.ru/article/service/2005_07_A_2005_10_03-11_31_04/.

Форма бланка отчета

Цель работы: ______________________________________________________________

______________________________________________________________

______________________________________________________________

Классификация гидроприводов

Схемы гидроприводов

Описание работы схем гидроприводов

Описание работы гидрораспределителя

Описание конструкций изученных узлов: насоса, гидроклапана, дросселя

Описание заданной схемы работы привода механизма неполноповоротного экскаватора

Контрольные вопросы

1. Приведите классификацию гидроприводов строительных машин.

2. Назовите область применения гидравлических передач.

1. Обоснуйте применение гидрообъемных передач в приводах строительных машин.

4. Назовите достоинства гидрообъемных передач по сравнению с механическими передачами.

5. Опишите принцип работы гидродинамической передачи.

6. Назовите основные элементы гидрообъеного привода строительных машин.

7. Определите назначение насоса в гидроприводе.

8. Расскажите классификацию насосов.

9. Опишите назначение, конструкцию и работу предохранительного клапана.

10. Опишите назначение, конструкцию и работу обратного клапана.

11. Опишите назначение, конструкцию и работу дросселя.

12. Опишите назначение, конструкцию и работу исполнительных механизмов строительных машин на примерах работы механизмов неполноповоротного экскаватора и управления положением отвала.

РАБОТА № 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ГРУЗОПОДЪЕМНОГО УСТРОЙСТВА

Цель работы: ознакомление с методикой проектирования грузоподъемного механизма

Задачи:

1. Изучить классификацию и конструкции электрических лебедок.

2. Изучить условные обозначения элементов кинематических схем.

3. Ознакомиться с методикой расчета лебедки и выполнить расчет согласно варианту задания.

Основные сведения

Строительные лебедки представляют собой грузоподъемные ме­ханизмы, предназначенные для подъема или перемещения грузов на строительно-монтажных, ремонтных и погрузочно-разгрузочных работах с помощью каната, навиваемого на барабан или протяги­ваемого через рычажный механизм.

Лебедки подразделяют:

• по виду привода - на ручные (с ручным приводом) и привод­ные (с механическим приводом);

• по назначению - на подъемные (для подъема груза), тяговые (только для перемещения груза по горизонтальной или наклонной

поверхности);

• по числу барабанов – на одно-, двухбарабанные и без бараба­на (с канатоведущим шкивом), и рычажные.

Главным параметром лебедок является тяговое усилие каната (кН).

Ручные лебедки позволяют получить тяговое усилие каната от 12,5 до 50 кН и канатоемкостью барабана до 200 м. Приводные лебедки развивают тяговое усилие до 125 кН, имеют канатоемкость барабана от 80 до 800 м, при скорости каната от 0,5 до 0,1 м/с.

Приводные лебедки приводятся в действие, как правило, от электродвигателей, подключаемых к сети переменного тока на­пряжением 220/380 В. У реверсивных однобарабанных лебедок имеется жесткая неразмыкае­мая кинематическая связь между электродвигателем и барабаном; подъем и опускание груза осуществляются реверсируемым электродвигателем. Маневровые двухбарабанные лебедки имеют размыкаемую жесткую кинематическую связь между электродвигателем, главным и вспомогательным барабанами, что позволяет подключать к двигателю с помощью муфт попеременно один из барабанов.

У зубчато-фрикционных лебедок между двигателем и барабаном устанавливается конусная фрикционная или ленточная фрикционная муфты. С ее помощью обеспечивается плавно размыкаемая в процессе работы кинематическая связь. Подъем груза осуществляется двигателем при включенной муфте, а опускание груза - за счет собственной силы тяжести при выключенной муфте.

Однобарабанные реверсивные лебедки (рис. 4.1, 4.2) выпол­нены по единой конструктивной схеме, имеют П-образную компоновку и рассчитаны на легкий режим работы.

Рис. 4.1 – Электрореверсивная лебедка: а – общий вид, б – конструкция: 1 — рама, 2 — электродвигатель, 3 — электрооборудование, 4 — тормоз, 5 — редуктор, 6 — барабан

Кинематическая схема электрореверсивной лебедки с полиспастом приведена на рис.4.2.

Рис. 4.2 – Схема электрореверсивной лебедки с полиспастом: 1– электродвигатель, 2 – соединительная муфта с колодочным тормозом, 4 – двухступенчатый редуктор, 5 – канатный барабан, 6 – канат, 7 – направляющий блок, 8 – неподвижные блоки, 9 – подвижные блоки полиспаста, F_нб – усилие в канате, набегающем на барабан, Q – масса поднимаемого груза.

Лебедки могут использов­аться как самостоятельно действующие подъемно-транспортные механизмы, а также входить в комплект строительных подъемников, кранов и других подъемных устройств, не предназначенных для подъема людей.

Барабан 5 лебедки (рис. 4.2) приводится в движение электродвигателем 1 через муфты 2, 4 и редуктор 1. Наружная поверхность одной из полумуфт муфты 2 используется в качестве тормозного шкива двухколодочного тормоза.

Редуктор необходим для увеличения крутящего момента электродвигателя

М_вм = М_вщ uh, (4.1)

где М_вм – крутящий момент на ведомом валу редуктора.

Это момент, передаваемый на барабан лебедки от электродвигателя через редуктор, М_вщ – крутящий момент на валу электродвигателя; u – передаточное число редуктора; h – КПД редуктора.

Передаточное число редуктора

u = n_дв/n_бар , (4.2)

где n_дв и n_бар – частоты вращения валов электродвигателя и барабана соответственно.

Полиспастный механизм (полиспаст) в грузоподъемных машинах служит для выигрыша в силе, т.е. для получения минимально возможного натяжения каната, набегающего на барабан лебедки.

Основной характеристикой полиспаста является его кратность. Кратность полиспаста (его передаточное отношение) определяется отношением числа вет-

вей каната, на которых подвешен груз, к числу ветвей, подходящих к барабану или отношением скоростей барабана и груза.

(4.3)

где v_бар – окружная скорость барабана лебедки, v_гр – скорость подъем груза.

В мостовых кранах для обеспечения вертикального подъема груза применяют сдвоенные полиспасты [ ]. Схемы часто применяемых полиспастов приведены на рис. 4.3.

а) б) в)

Рис. 4.4 – Сдвоенные полиспасты: а – двух кратный, б – трехкратный, в – четырехкратный,

Вариант исполнения одинарного четырехкратного полиспаста показан на рис. 4.4.

Рис. 4.3 – Схема механизма подъема с одинарным четырех кратным полиспастом: 1 – барабан, 2 – канат, 3 и 4 – неподвижные блоки, 5 и 6 – подвижные блоки

Статическое усилие (без учета динамических нагрузок) в набе­гающей на барабан ветви каната полиспаста будет [1]

(4.4)

где Q – грузоподъемность крана; n_гр – число ветвей полиспаста, на которых подвешен груз; – к. п. д. полиспаста.

Для одинарных полиспастов

n_гр = m. (4.5)

Для сдвоенных полиспастов

n_гр = 2m. (4.6)

Величина к.п.д. полиспаста зависит от к.п.д. блоков и их числа n_бл в полиспасте. К.п.д. полиспастов с блоками на подшипниках качения, для которых к.п.д. блока h _бл = 0,98, приведены в табл.1 [2]:

Таблица 1 – Коэффициенты полезного действия полиспастов

nбл	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
h пл	0,98	0,96	0,94	0,92	0,905	0,885	0,87	0,85	0,835	0,815

Выбор каната

По правилам Госгортехнадзора канат рассчитывают на растя­жение и выбирают по разрывному усилию каната в целом [1, 2]

(4.7)

где F_нб – статическое усилие в набегающей на барабан ветви каната;

k – коэффициент запаса прочности каната (см. табл. 2).

Для кранов могут применяться канаты крестовой и односто­ронней свивки. Рекомендуется применение нераскручивающихся канатов односторонней свивки типов ЛК-О, ЛК-РО и.т.п. с пределом прочности проволоки при растя­жении = 1600 … 1800 МПа.

Для кранов целесообразно использовать канаты с линейным касанием проволок в пряди типа ЛК, долговечность которых ввиду понижения контактных напряжений в 1,5 … 2 раза больше, чем у канатов с точечным касанием проволок типа ТК.

Рекомендуются следующие типы и конструкции стальных канатов:

– канаты типа 1 ЛК-РО, конструкции 6 х 36 + 1, органиче­ский сердечник по ГОСТу 7668-69;

– канаты типа ТЛК-РО, конструкции 6 х 36 + 1, металличе­ский сердечник по ГОСТу 7669-69 (для тяжелых условий работы);

– канаты типа ТЛК-О, конструкции 6х31 + 1, органический сердечник по ГОСТу 7679-69 (для абразивной среды при Dб/dк 30);

– канаты типа ЛК-3, конструкции 6 х 25 + 1, органический сердечник по ГОСТу 7665-69 и конструкции 6 х 25 + 1, металлический сердечник по ГОСТу 7667-69 (при Dб/dк 26) .

– канаты Т ЛК-РО, конструкции 6 х 36 + 1, металлический сердечник по ГОСТу 7669-69.

– канаты типа ЛК-3, конструкции 6 х 31 + 1, органический сердечник по ЧМТУ-НИИМЕТИЗ 105-64 и 106-64 (для абразивной среды при Dб/dк 25) ,

Таблица 2 – Коэффициенты запаса прочности канатов

Назначение каната	Тип привода и режим работы	Запас прочности, k
1	2	3
Грузовые и стреловые	Ручной Машинный: легкий средний тяжелый весьма тяжелый	4.0 5,0 5,5 6,0 6,0
Растяжка стрелы		3,5
Канаты лебедок: предназначенные для изменения вылета стрелы без груза		4,0
1	2	3
Грейферные: а) у грейферов с раздельным двухмоторным приводом (при­нимая, что вес грейфера с ма­териалом равномерно распре­делен на все канаты)		6,0
б) у грейферов с одномоторным приводом		5,0
в) у грейферов одноканатных и моторных		5,0
Оттяжка мачт и опор		3,5
Несущие канаты кабельных кранов		3,5
Тяговые канаты, применяемые на кранах		4,0
Канаты лебедок, предназначенных для подъема людей		9,0

Выбор конструкции стального каната

Из практического опыта ниже приводятся некоторые варианты по применению канатов отечественного производства: ГОСТ 2688-80 идет на стропы канатные, тали канатные, так же подходит для экскаваторов, кранов. ГОСТ 3062-80 для устройства растяжек. ГОСТ 3063-80 для устройства растяжек. ГОСТ 3066-80 для устройства растяжек. ГОСТ 3067-88 расчалочные и грозозащитные. ГОСТ 3069-88 для крюковых подвесок, талей, тяговых установок, для стоячего такелажа. ГОСТ 3070-88 для стоячего такелажа. ГОСТ 3077-80 для лифтов, судовых подъемных устройств, металлургических кранов. ГОСТ 7665-80 для талей, металлургических кранов, кранов. ГОСТ 7667-80 для кранов шахтных установок. ГОСТ 7668-80 для канатных строп, экскаваторов, кранов, судовых подъемных устройств, металлургических кранов. ГОСТ 7669-80 для экскаваторов. ГОСТ 16853-88 для буровых установок эксплутационного и глубокого разведочного бурения. ГОСТ 13840-88 пряди арматурные для армирования предварительно напряженных ЖБК. Размеры некоторых типов канатов приведены в ссылке "размеры канатов".

По выбранному диаметру каната рассчитывают диаметры блоков и барабана.

Определение размеров барабана

Размеры барабана зависят от диаметра каната, высоты подъема и количества слоев каната, укладываемых на барабан. Многослойную укладку каната применяют при жестких требованиях к габаритам (длине) барабана.

Диаметры подвижных блоков и канатного барабана по дну ручья [2]

D_бл = D_бар = (е - 1)d_к, (4.8)

где е – коэффициент, принимаемый по режиму работы механизма. Для легкого режима работы е = 20, для среднего – 25, для тяжелого – 30 [2].

Полученные диаметры округляют до стандартных или числа кратного 10. Примеры канатных барабанов приведены на рис. 4.5.

Рис. 4.5 – Примеры барабанов для однослой-

ной навивки каната

Рабочая длина барабана L_б при многослойной навивке определяется по

формуле [1]:

, ( 4.9)

где L_к – длина каната [м]

L_к = (m + 1)H + (1,5 + 2)pD_б, (4.10)

где t – шаг витков каната, принимаемый по приложению 3 ( при навивке на гладкий барабан t = d_к); с – число слоев навивки каната на барабан; с = 3 … 4, m – кратность полиспаста; 1.5 – минимальное число витков каната, которое должно остаться на барабане при крайнем нижнем положении крюковой подвески; 2 – минимальное число витков для закрепления каната на барабане.

Выбор электродвигателя

Электродвигатели выбираются по статической мощности с учетом питающего напряжения, режима работы и состояния окружающей среды.

Статическая мощность электродвигателя определяется по зависимости

[кВт] (4.11)

где v_нб – скорость набегания каната на барабан, м/с, v_нб = v_грm; – к.п.д. механизма подъема, = 0,85 … 0,8.

По каталогу выбирают электродвигатель ближайшей большей мощности. При работе механизма в повторно-кратковременном режиме предпочтительно выбирать электродвигатели с фазным ротором (с контактными кольцами).

Подбор редуктора

Редуктор согласует параметры электродвигателя с параметрами канатного барабана (исполнительного механизма), обеспечивая получение необходимых частоты вращения барабана и вращающего момента на барабане. Основными характеристиками редуктора являются [2] момент на тихоходном валу, передаточное отношение (см. зависимость 3.2), частота вращения быстроходного вала и мощность на быстроходном валу) мощность электродвигателя), сумарное межосевое расстояние.

Момент на тихоходном валу редуктора равен вращающему моменту на валу барабана 9 (без учета КПД муфты и опор вала барабана)

М_б =0,5F_нб(D_б + d_к). (4.15)

Частота вращения барабана n_б находится из зависимости для окружной скорости [1]

v=[(pD_б+d_к)n_б]/1000, [м/мин] (4.16)

По приложению 5 или по адресам: подбирают редуктор необходимого типоразмера.

В связи с тем, что фактические параметры передачи при выборе типового редуктора несколько отличаются от расчетных, необходимо определить, фактическую частоту вращения барабана

n_бфакт = n_дв/u_ред . (4.17)

Тогда скорость навивки каната на барабан

V_кфакт = p(D_б + d_к)n_факт/1000, [м/мин] (4.18)

Скорость подъема груза составит

v_факт = V_кфакт /m. (4.19)

Погрешность скорости подъема груза в процентах составит

dv = (v- v_факт)100%/v. (4.20)

Компоновка механизма подъема

После выбора узлов лебедки составляют ее компоновочную схему на формате А4. Масштаб 1:10.

На рис. 4.6, а, б показаны варианты компоновки механизмов подъема с индивидуальным приводом и одинарным и сдвоенным силовым полиспастом.

Сдвоенный полиспаст применяется, например, в механизмах подъема мостовых кранов. Электродвигатель 1 валом-вставкой 3 через муфты 2 и 4 соединен с редуктором 6. На полумуфте, расположенной на входном валу редуктора, установлен нормально замкнутый тормоз 5.

Рис. 4.6 – Примеры компоновок механизмов подъема с полиспастом

Такое расположение обеспечивает минимальные габариты тормоза, так как на входном валу редуктора наименьший тормозной момент, по которому подбирается тормоз. В расточке конца выходного вала редуктора установлена опора для оси 9 барабана 8. Крутящий момент от редуктора на барабан передается через встроенную зубчатую муфту 7, что обеспечивает уменьшение габаритов механизма подъема по длине. Второй конец вращающейся оси 9 через сферические самоустанавливающиеся шарикоподшипники опирается на внешнюю подставку.

2. Задание

2.1. Определить максимальное натяжение каната F_max и подобрать канат.

2.2. Определить размеры барабана.

2.3. Подобрать электродвигатель.

2.4. Подобрать редуктор.

2.5. На формате А4 в масштабе 1:10 изобразить механизм подъема.

Литература

1. Добронравов С.С., Дронов В.Г.Строительные машины и основы автоматизации: Учеб. строит. вузов. – М.: Высш. шк. 2001, – 575 с. ; ил.

2. Парницкий А. Б., Шабашов А. П.. Мостовые краны общего назначения конструкция, расчет, эксплуатация. Изд. 4-е, исп. и доп. – М.: Машиностроение, 1971., 352 с.

3. Павлов Примеры расчетов кранов

4. http://krankruk.ru/index-4.html#.

5. http://www.energodrive.ru/electromotor.asp?id=8.

6. http://74red.ru/catalog/?item=8,

7. http://www.zarem.ru/content/view/19/63/, 8. 8. 8.http://www.promdetalizh.ru/product/catalogue1/Reduktory_tipa_RM/product52.html

Варианты заданий

Приложение 1

Варианты заданий

№ вари-анта	Масса груза, кг	Скорость подъема груза, м/мин	Высота подъема, м	Характеристика окружающей среды	Относительная продолжительность включения, ПВ%
1	1800	12	28	чистая	15
2	2000	18	10	горячие грузы	25
3	2500	30	12	пыльная	40
4	3000	24	14	чистая	60
5	3500	17	15	горячие грузы	40
6	4000	15	20	пыльная	15
7	4500	10,5	18	пыльная	25
8	3500	18	16	чистая	40
9	4000	17	18	горячие грузы	60
10	5000	10	20	пыльная	15
11	6500	9	15	чистая	40
12	7000	8	32	горячие грузы	60
13	8400	10	30	чистая	15
14	10000	1,5	25	горячие грузы	40
15	12000	0,5	20	чистая	40
16	12800	0,8	18	горячие грузы	60
17	13000	1,4	25	чистая	15
18	14000	25	24	горячие грузы	40
19	15000	10	16	пыльная	25
20	18000	9	34	пыльная	25

Работа N 5

ИЗУЧЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИИ

И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЯГОВЫХ УСИЛИЙ АВТОМОБИЛЯ

Цель работы: изучение методики тягового расчета автотранспортного средства.

Задачи:

1. Ознакомиться с работой механической трансмиссии.

2. Изучить силовых и кинематических характеристик трансмиссии и их взаимосвязи.

3. Выполнить тяговый расчет автомобиля. (задания в приложении1).

Основные сведения

Трансмиссией называют систему механизмов для пере­дачи энергии от двигателя к исполнительным органам машины с из­менением скоростей, крутящих моментов, направления и вида дви­жения. Трансмиссия расположена между силовым агрегатом (двигателем) и исполнительными органами машины (ведущие колеса автомобиля, механизм вращения и т.п. В строительных машинах применяют трансмиссии: механические, электрические, гидравлические, пневматические и комбинированные (электромеханические, электрогидравлические.

Упрощенная кинематическая схема механической трансмиссии автомобиля изображена на рис.5. 1.

Рис. 5.1 – Схема трансмиссии автомобиля: 1– двигатель, 2 – фрикционная муфта (сцепление), 3 – коробка передач, 4, 5 – теле - скопический карданный вал, 6 – главная передача, 7 – дифференциал, 8 – ведущие полуоси, 9 – ведущие задние колеса-колесный движитель, 10 – ведомые передние колеса

Двигатель 1 через фрикционную муфту 2 (сцепление) соединён с первичным валом коробки передач 1. Вторичный вал коробки передач соединён с механизмом ведущего 6,7 (заднего) моста посредством телескопического карданного вала 4, 5.

Дисковая фрикционная муфта 2 обеспечивает плавное соединение и кратковременное разъединение двигателя с механизмом ведущего моста при переключении передач и запуске двигателя. Четырехступенчатая коробка передач 3 предназначена для ступенчатого изменения передаточного отношения (частоты вращения движителей), реверсирования (изменения направления вращения движителей) и отсоединения двигателя от привода ведущих колес при остановке автомобиля.

Телескопический карданный вал 4, 5 состоит из двух валов, соединенных с помощью шлицев и шарнирных муфт Кардана. Муфты Кардана обеспечивают передачу крутящего момента от коробки передач к заднему мосту под некоторым углом, образующемся при перемещении моста в вертикальной плоскости. Это происходит при движении автомобиля по неровной дороге. Вертикальное перемещение ведущего моста изменяет расстояние от вторичного вала коробки скоростей до вала ведущей шестерни 1 (см. рис. 2). Шлицевое соединение валов обеспечивает передачу крутящего момента при смещении ведущего моста.

Механизм ведущего моста состоит из главной передачи (колеса 1 и 2) и симметричного конического дифференциала (рис. 5.2) [5].

Рис. 5.2 – Схема дифференциала: 1 – ведущая шестерня, 2 – коническое колесо, 3 – корпус дифференциала, 4 – ведущие полуоси, 5 – сателлиты, 6 – полуосевые шестерни

Главная передача (конические колеса 1 и 2) представляет собой конический зубчатый редуктор, она также увеличивает кутящий момент и через дифференциал передает его на ведущие полуоси. Устройство дифференциала допускает вращение ведущих колес автомобиля с разными угловыми скоростями при движении по криволинейному пути или буксовании одного из ведущих колес.

Коробка передач

Коробка передач состоит из набора цилиндрических зубчатых колес z₁ … z₁₀ и четырех валов 1, 2, 3 и 4, связанных через зубчатые колеса

см. рис. 5 3. Валы: ведущий (первичный) 1, ведомый (вторичный) 2, промежуточный 3 и дополнительный валик 4 для установки блока шестерен реверса z₆–z₇.

Введение в зацепление двух колес обеспечивает определенное передаточное число и соответственное изменение частоты вращения и увеличение крутящего момента на вторичном валу.

Колеса имеют следующее количество зубьев: z1 = 18 , z2 = 23, z3 = 29, z4 = 52, z5 = 12, z6 = 14, z7 = 12, z8 = 14, z9 = 20, z10 = 27.

Колесо z1 жестко закреплено на валу 1, в ступице колеса имеется

гнездо для подшипника, служащего опорой для ведомого вала 2.

На ведомом валу 2 расположены колеса z₂, z₃, и z₄ и зубчатая муфта 5,

которые могут перемещаться в осевом направлении по шлицам. На промежуточном валу 3 установлен блок шестерен z₁₀, z₉, z₈ и z₅.

Зубчатые колеса z₁ и z₁₀ находятся в постоянном зацеплении, поэтому при подключении ведущего вала 1 к двигателю с помощью сцепления будет вращаться и весь блок шестерен z₁₀ – z₉ – z₈ – z₅. Также в постоянном зацеплении находятся колеса z₅ и z₆, поэтому при включенной коробке передач вращается и блок шестерен z₆ – z₇.

а) б)

Рис. 5.3 – Схема коробки скоростей: а – развертка по осям, 1 – первичный (ведущий) вал, 2 – ведомый (вторичный) вал, 3 – промежуточный вал, 4 – дополнительный валик, б – свертка

Вычисление передаточных отношений передач трансмиссии

Передаточное отношение пары колес [3, 4], например z₁ – z₁₀ (см. рис. 5.3) определяется по формуле

i_1-10 = -w₁/ w ₃=- z10/z1, (5.1),

где w ₁ – угловая скорость ведущего вала (1),

w ₃ – угловая скорость ведомого (3) вала для данной передачи.

Знак (минус) показывает, что вращение ведомого вала имеет противоположное направление по отношению в ведущему валу.

Для включения первой передачи колесо z₄ вводят в зацепление с колесом z₅ . Передача вращения будет происходить по кинематической цепи z₁ – z₁₀ – z₅ – z₄.

Поэтому передаточное отношение кинематической цепи [3] первой передачи

, (5.2)

где i_1-10 – передаточное отношение первой пары колес z₁ – z₁₀,

i_5-4 – передаточное отношение второй пары колес z₅ – z₄.

Для включения второй передачи колесо z₃ вводят в зацепление с колесом z₈. Передача вращения будет происходить по кинематической цепи z₁ – z₁₀ – z₃ – z₈. и тогда передаточное отношение второй передачи по аналогии с (3)

(5.3)

По аналогии запишем передаточное отношение для третьей передачи – кинематическая цепь z₁ – z₁₀ – z₉ – z₂

(5.4)

Четвертая передача включается введением муфты 5 в зацепление с зубчатой полумуфтой колеса z₁ – происходит прямое соединение ведущего (1) и ведомого (2) валов. Включается прямая передача момента от ведущего вала к ведомому.

i^IV = 1. (5.5)

Для движения автомобиля задним ходом реверсируют, т.е. изменяют направление вращения ведомого вала и остальных звеньев кинематической цепи, включая ведущие колеса.

У двигателей внутреннего сгорания (ДВС) направление вращения не изменяется. Поэтому в трансмиссии с двигателем внутреннего сгорания реверсирование осуществляется перемещением колеса z₄ (на схеме коробки передач влево) и введением его в зацепление с колесом z₇. Конструктивно блок шестерен z₆ – z₇ располагается вне плоскости рисунка, что и поясняет свертка коробки скоростей (рис. 5.3, б).

Тогда

(5.6)

Передаточное отношение трансмиссии определяют как произведение передаточных отношений передач коробки скоростей и передаточного отношения главной передачи

(5.7)

где i_кс – передаточное отношение одной из четырех передач коробки скоростей – см. выше зависимости 2 … 6;

i_гп – передаточное отношение главной передачи, в данном расчете можно принять i_гп =6,8.

Крутящие моменты, развиваемые двигателем и движителем на различных передачах

Крутящий момент (Нм), развиваемый двигателем определяют по формуле [1, 2]:

, (5.8)

где N_дв – мощность двигателя, кВт;

n_дв – частота вращения вала двигателя, мин^-1.

Крутящий момент (Нм) на колесном движителе:

(5.9)

где – КПД трансмиссии.

КПД трансмиссии [ 1] определяют как произведение КПД звеньев трансмиссии (от муфты сцепления до движителей, включая подшипники ведущих полуосей). В данной задаче с целью упрощения учитываем звенья до только до дифференциала.

Тогда КПД трансмиссии

, (5.10)

где – КПД сцепления (фрикционной муфты), = 0,85 … 0,95;

– КПД одной ступени передач коробки скоростей при выбранной скорости движения, = 0, 98; – КПД шлицевой муфты, = 0,99; – КПД муфты Кардана, = 0, 97 … 0,99; – КПД главной передачи, = 0, 92.

В работе необходимо определить моменты для всех вариантов передач.

Определение тяговых усилий на различных передачах

Тяговое усилие на движителях связано с вращающим моментом на движителях через диаметр движителя (пневмоколеса) следующей зависимостью:

М_кд = F_тD_к/2 , (5.11)

где F_т – тяговое усилие, Н;

D_к – диаметр ведущего колеса (движителя), м.

Откуда определится величина тягового усилия

F_t = 2М_кд /D_к, (5.12)

где – КПД колесного движителя, = 0,98.

Принципиальное устройство колесного движителя автомобиля показано на рис. 5.4 [ 6 ].

Рис. 5. 4 – Схема колесного движителя

Рис. 5.5 – К определению тягового баланса автомобиля

Определение тягового баланса автомобиля

Тяговое усилие автомобиля F_т, развиваемое двигателем, расходуется на преодоление сопротивления движению W [2, 5 ].

F_т W = (G_м1 + Q₁)(f i), (5.14)

где G_м1 – нагрузка на ведущие оси автомобиля от его массы;

Q₁ – вес транспортируемого груза (в работе принять Q₁ =0);

f – коэффициент сопротивления движению автомобиля (таблица 2).

i – уклон (в тысячных), по заданию.

Условие движения автомобиля с грузом (сила тяги по сцеплению) [5]

F_сц = (G_м1 + Q₁)f F_т, (5.15)

где f – коэффициент сцепления колес с дорожным полотном (таблица 2).

Таким образом, условие движения автомобиля

F_сц F_т W, (5.16)

При F_т W F_сц усилия на ведущих колесах недостаточно для преодоления сопротивления движению, колеса не вращаются и двигатель останавливается (глохнет ).

При F_т W F_сц силы сцепления движителей с дорогой недостаточно и ведущие колеса автомобиля будут вращаться, но сила тяги по сцеплению будет недостаточна для его движения ( колеса буксуют ). Такая ситуация может возникнуть при движении по слабому грунту (велико сопротивление движению), по скользкой дороге и т. д.

ЛИТЕРАТУРА

1. Приводы машин: Справочник/ В.В.Длоугий, Т.И. Муха, А.П.Цупиков, Б.В. Януш; Под общ. ред В.В. Длоугого. – 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Машиностроение, Ленингр. Отд-ние, 1982. – 383 с.

2. Заленский В.С. Строительные машины. Примеры расчетов. М.:, Стройиздат, 1981. – 271с.

3. Иванов М.Н. Детали машин. Учебник для машиностроительных специальностей вузов / М.Н. Иванов, В.А. Финогенов. – 9-е изд., испр. – М.: Высш. Шк., 2005. – 408 с.

4. Дмитриев В.А. Детали машин / В.А.Дмитриев – Л.: Судостроение, 1970. –792 с.

5. Строительные машины: Учеб для вузов по спец. ПГС / Д.П. Волков, Н.И. Алешин, В.Я. Крикун, О.Е. Рынсков/ под ред. Д.П. Волкова. – М.: Высш.шк., 1988. – 319 с.

6. Галузин В.М. Методические указания к практическим занятиям по строительным машинам / В.М. Галузин, В.М. Данилов. – С. Пб., изд. С. Пб. Гос. ун-та, 2000. – 8 с.

Приложение 1– Варианты заданий [6].

	Двигатель		Колесо		Дорожное полотно
Вариант	N, кВт	n мин^-1	В, дюймы	d дюймы	Состояние Приложение 2	Уклон
1	80	3200	8,5	20,0	(Аc)
2	80	3400	10,0	18,0	(ДГСУ)
3	80	3500	12,0	18,0	(ДГВГ)
4	90	3100	10,0	18,0	(ГРСО)
5	90	3300	8,5	20,0	(ГСУ)
6	90	3400	12,0	20,0	(ПВ)
7	100	3200	10,0	18,0	(ПС)
8	100	3400	12,0	18,0	(СР)
9	100	3500	12,0	20,0	(Бол)
10	110	3200	8,5	20,0	(Бет)
11	110	3400	10,0	18,0	(Аc)
12	120	3300	12,0	18,0	(ДГСУ)
13	120	3500	10,0	18,0	(ДГВГ)
14	130	3200	12,0	20,0	(ГРСО)
15	130	3400	12,0	18,0	(ГСУ)
16	140	3200	10,0	18,0	(ПВ)
17	140	3500	12,0	18,0	(ПС)
18	150	3400	12,0	20,0	(СР)
19	150	3300	10,0	18,0	(Бол)
20	160	3500	12,0	20,0	(Бет)

Приложение 2

Вид опорной поверхности	Шинноколесный движитель
	шины высокого давления		шины низкого давления
	f	f	f	f
Асфальт сухой (Аc)	0,015 ... 0,02	0,7 .. 0,8	0.02	0,7 ... 0.8
Дорога грунтовая:
сухая укатанная (ДГСУ)	0.02 ... 0,06	0.6 ... 0,7	0.025 ... 0,035	0.4 ... 0.6
грязная, влажная (ДГВГ)	0.13 ... 0.25	0.1 ... 0,3	0,15 ... 0,2	0,15 ... 0.25
Грунт:
рыхлый свеже-
отсыпанный (ГРСО)	0.20 ... 0.30	0.3 ... 0.4	0,1 ... 0,2	0,4 ... 0.6
слежавшийся,
уплотненный (ГСУ)	0.10 ... 0.20	0,4 ... 0.6	0.10 ... 0.15	0,5 ... 0,7
Песок:
влажный (ПВ)	0,1 ... 0,4	0.3 ... 0.6	0,06 ... 0,15	0,4 ... 0.5
сухой (ПС)	0.4 ... 0,5	О.25 ... О,3	0.2 ... 0,30	0,2 ... 0,4
Снег:
рыхлый (СР)	0.4 ... 0.5	0,15 ... 0,2	0.1 ... 0.30	0,2 ... 0.4
укатанный (СУ)	0,05 ... 0.1	0,25 ... 0.3	0.03 ... 0,05	0,3 ... 0,5
Болото (Бол)	-	-	0.25	0,1
Бетон (Бет)	0,015 ... 0,02	0.7 ... 0.8	0.02	0,7 .. 0,8

Лабораторно-расчетная работа №6

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ

БАШЕННОГО КРАНА И РАСЧЕТ ЕГО ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

Цель работы: изучение конструкции и работы башенного крана.

Задачи:

1. Изучить конструкцию и основные параметры башенного крана.

2. Изучить систему индексации башенных кранов.

3. Изучить основные движения элементов крана.

4. Изучить методику расчета производительности крана. Выполнить расчет основных параметров крана и его производительности.

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

Башенный кран - это грузоподъемная машина со стрелой, закрепленной в верх­ней части вертикальной башни и выпол­няющая работу по перемещению и монта­жу конструкций за счет сочетания рабо­чих движений: подъема и опускания гру­за, изменения вылета, передвижения са­мого крана по рельсам и поворота стрелы с грузом (рис. 6.1).

Классификация. Башенные краны классифицируют по назначе­нию, конструкции башен, типу стрел, способу установки и типу хо­дового устройства.

П о н а з н а ч е н и ю различают краны для строительно-мон­тажных работ в жилищном, гражданском и промышленном строи­тельстве, для обслуживания складов и полигонов заводов железобе­тонных изделий и конструкций, для подачи бетона на гидротехниче­ском строительстве.

П о к о н с т р у к ц и и башен различают краны с поворотной и неповоротной башнями. Башни кранов могут быть постоянной дли­ны и раздвижными (телескопическими).

У кранов с поворотной башней (рис. 6.1, а) опорно-поворотное устройство 1, на которое опирается поворотная часть крана, распо­ложено внизу на ходовой раме крана или на портале. Поворотная часть кранов включает (за исключением кранов 8-й размерной груп­пы) поворотную платформу 2, на которой размещены грузовая 12 и стреловая 3 лебедки, механизм поворота, противовес 4, башня 11 с оголовком 7, распоркой 6 и стрелой 9.

а) б)

Рис. 6.1 – Типы и параметры башенных кранов:

а – с поворотной башней: 1 – опорно-поворотное устройство, 2 – поворотная платформа, 3 – стреловая лебедка, 4 – противовес, 5 – стреловой полиспаст, 6 – распорка, 7 – оголовок, 8 – стреловой расчал, 9 – стрела, 10 – крюковая подвеска, 11 – башня, 12 – грузовая лебедка, 13 – ходовая рама, 14 – ходовые тележки;

б – с балочной стрелой: 1 – опорно-поворотное устройство, 7 – оголовок, 9 – стрела, 10 – крюковая подвеска, 11 – башня, 12 – грузовая лебедка, 13 – ходовая рама, 14 – ходовые тележки, 15 – противовесная консоль, 16 – тележечная лебедка, 17 – грузовая тележка, 18 – монтажная стойка с лебедкой и полиспастом, 19 –плиты балласта

Строительные башенные краны являются ведущими грузоподъ­емными машинами в строительстве и предназначены для механиза­ции строительно-монтажных работ при возведении жилых, граж­данских и промышленных зданий и сооружений, а также для выполнения различных погрузочно-разгрузочных работ на складах, полигонах и перегрузочных площадках. Они обеспечивают верти­кальное и горизонтальное транспортирование строительных конст­рукций, элементов зданий и строительных материалов непосредст­венно к рабочему месту в любой точке строящегося объекта. Темп строительства определяется производительностью башенного кра­на, существенно зависящей от скоростей рабочих движений.

Рабочими движениями башенных кранов являются подъем и опускание груза, изменение вылета стрелы (крюка) с грузом, пово­рот стрелы в плане на 360°, передвижение самоходного крана. От­дельные движения могут быть совмещены, например подъем груза с поворотом стрелы в плане.

Основные параметры базовых моделей передвижных на рельсо­вом ходу и приставных кранов регламентируются ГОСТ 13556-85. К основным параметрам относятся (см. рис. 6.1):

грузоподъемность Q – наибольшая допустимая для соответст­вующего вылета масса груза, на подъем которого рассчитан кран; грузовой момент М - произведение грузоподъемности Q на соответствующий вылет L (часто используется в качестве главного обобщающего параметра крана);

вылет L – расстояние по горизонтали от оси вращения поворотной части крана до вертикальной оси крюковой подвески;

высота подъема H – и глубина опускания h - соответственно рас­стояние по вертикали от уровня стоянки крана (головки рельса для рельсовых кранов, нижней опоры самоподъемного крана, пути перемещения пневмоколесных и гусеничных кранов) до центра зева крюка, находящегося в крайнем верхнем или нижнем рабочем положении;

диапазон подъема D – сумма высоты подъема и глубины опускания;

колея К – расстояние между продольными осями, проходящими через середину опорных поверхностей ходового устройства крана, измеряемое по осям рельсов у рельсовых кранов, и по продольным осям колес или гусениц (автомобильных пневмоколесных и гусеничных кранов;

база В – расстояние между вертикальными осями передних и задних колес (у пневмоколесных и автомобильных кранов) ведущими и ведомыми звездочками у гусеничных кранов или ходовых тележек, установленных на одном рельсе;

l - задний габарит - наибольший радиус поворотной части (поворотной платформы или противовесной консоли) со стороны противоположной стреле;

скорость V_n подъема и опускания груза, равного максимальной грузоподъемности крана (при установке на кране многоскоростных лебедок указываются все скорости и массы грузов, соответствующие каждой скорости подъема и опускания);

скорость посадки груза v_м - наименьшая скорость плавной по­садки груза при его наводке и монтаже;

частота вращения n поворотной части крана при максимальном вылете с грузом на крюке;

скорость передвижения крана v_д - рабочая скорость передвиже­ния с грузом по горизонтальному пути;

скорость передвижения грузовой тележки V_T с наибольшим рабо­чим грузом по балочной стреле;

скорость изменения вылета v_г стрелы (у кранов с подъемной стрелой) от наибольшего до наименьшего;

установленная мощность Р_у (суммарная мощность одновремен­но включаемых механизмов крана);

Система индексации строительных башенных кранов представ­лена на рис. 6.2. В индекс крана входят буквенные и цифровые обозначения. Бу­квы перед цифрами обозначают: КБ - кран башенный, КБМ ­кран башенный модульной системы, КБР - кран башенный для ремонта зданий, КБГ - кран башенный для гидротехнического строительства. Цифры индекса последовательно обозначают: пер­вая цифра - номер размерной группы, в том числе соответствую­щий номинальному грузовому моменту (l-я – до 30 тм, 2-я – 75, 3-я – 125, 4-я - 175, 5-я – 300, 6-я – 550, 7-я – 800, 8-я – 1200, 9-я – более 1200 тм), последующие две цифры - порядковый но­мер базовой модели (01 ... 69 для кранов с поворотной и 71 ... 99 - с неповоротной башнями). После точки указывается порядковый но­мер исполнения крана (0-9), который может отличаться от базо­вой модели длиной стрелы, высотой подъема, грузоподъемностью. В обозначении базовых моделей номер исполнения «о» обычно не ставится. Буквы (А, Б, В, ... ), стоящие в индексе после цифр, обо­значают очередную модернизацию (изменение конструкции без из­менения основных параметров) и климатическое исполнение крана (ХЛ - для' холодного, Т - тропического и ТВ - тропического влажного климата; для умеренного климата без бу­квенного обозначения).

Рис. 6.2 – Система индексации башенных кранов

Например, индекс крана КБ-405.1А расшифровывается так: кран башенный, четвертой размерной группы, с поворотной башней, первое исполнение, первая модернизация, для умеренного климата.

Схемы запасовок грузовых канатов показаны на рис. 6.3. Для подъема легких грузов подъемными стрелами применяют самую простую запасовку грузового каната, когда крюк подвешивается на одной нитке каната 2, проходящего через блоки гуська, стрелы, распорки и наматываемого на барабан 1 грузовой лебедки (рис. 6.3, а). Однако с изменением вылета при такой запасовке груз поднимается (опускается) вместе со стрелой. В современных кранах

a)

б)

Рис. 6.3 – Схемы запасовок канатов

с подъемной стрелой этот недостаток устранен и груз за счет приме­нения системы соединенных полиспастов перемещается горизон­тально при изменении угла наклона стрелы. При такой системе одна ветвь грузового каната 2, проходя через отводные блоки 5, крепится на барабане грузовой лебедки 1, а другая - на барабане стреловой лебедки 4 (рис. 7.4.9, б, в). При подъеме стрелы стреловой канат 3 на­матывается на барабан 4, а грузовой канат одновременно сматыва­ется с него, обеспечивая постоянное положение груза по высоте,

Эксплуатация грузоподъемных машин в строительстве регламентируется требова­ниями СНиПов и правил устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов, контроль за соблюдением которых возложен на органы Госгортехнадзора.

Эти требования направлены на обеспечение длительной работы грузоподъ­емных машин с максимально возможной производительностью и обязательное вы­полнение правил техники безопасности ­обеспечение устойчивости кранов, обору­дование их устройствами безопасности, систематическое проведение технического освидетельствования кранов и грузоза­xватныx приспособлений и др.

Выбирают кран по грузоподъемности, вылету стрелы, высоте подъема крюка.

Схема для определения основных параметров башенного крана приведена на рис. 6.4 [2].

В состав грузоподъемности включают массу поднимаемого элемента (конструкции) q_э и массу грузозахватного приспособления q_гп (см. табл.1 приложения).

Q_к = q_э + q_гп. (6. 1)

Вылет крюка определяется по рис.6.4.

L_к = C + b + b₁ + R_хч, (6.2)

где С – расстояние между осями возводимого сооружения, м; b – расстояние от оси объекта до его выступающей части, м; b₁ – расстояние между выступающей частью здания и хвостовой частью крана при его повороте,

принимается 1 м; R_хч – радиус, описываемый хвостовой частью крана при его повороте, (задний габарит) ориентировочно принимаемый равным: при грузоподъемности до 5 т – 3,5 м, при грузоподъемности от 5 до 15 т – 4,5 м, и свыше 15 т – 5,5 м.

Рис. 6.4 –Схема к определению основных параметров башенного крана

Высота подъема крюка

H_к = h₀ + h_з + h_э + h_стр, (6.3)

где h₀ – высота монтажного горизонта над уровнем стоянки крана, м; h_з – расстояние между уровнем монтажа и низом монтируемого элемента, м; h_з = (2 ... 3) м; h_э – высота (толщина) монтируемого элемента, м; h_стр – высота строп (монтажного приспособления),м.

Высота стрелы

H_c = H_к + h_п, (6.4)

где h_п – высота полиспаста, h_п = 2 м.

По таблицам 2 или 3 Приложения выбрать наиболее близкий по характеристикам кран и разобраться в его конструкции.

Производительность строительных кра­нов. Среднечасовая эксплуатационная производительность (т/ч) строительных кранов характеризуется массой поднятых грузов за один машино-час [ В]:

Рис. 6.5 – Схема к опре­делению среднего машин­ного времени

П_эч = 60Qk_Гk_в/ t_ц, (6.5)

где Q – грузоподъемность, т; k_г – коэф­фициент использования крана по грузо­подъемности; k_в – то же, по времени, (значения k_r и k_в принимают в зависимости от типа рабочего оборудования: при крю­ковом оборудовании k_r = 0,8 ... 0,9, k_в = 0,75 ... 0,9; при грейферном k_r = 0,8 ... 0,9, k_в = 0,85 ... 0,95); t_ц – продолжительность рабочего цикла, мин;

t_ц = t_m + t_ро,, (6.6)

где t_m – ­средняя продолжительность машинного времени цикла, приведенная к конкретным условиям эксплуатации (высота подъема груза, угол поворота крана, длина гори­зонтального перемещения проекции груза при изменении вылета, расстояние пере­движения крана в течение цикла и др.), определяемая с учетом совмещенных дви­жений механизмов, мин; t_ро – средняя продолжительность ручных операций по строповке, наводке и установке груза в проектное положение, опре-

деляемая видом грузозахватных устройств, типом монтаж­ных элементов и квалификацией монтаж­ников, мин.

В общем случае (рис. 6.5)

t_ц =2[H_к /v_г + l₁/v₁ + l₂/v₂+ …] + a/ (360п)k + t_ро, (6.7)

где v_г – скорость подъема (опускания) груза, м/мин; l₁ – средний путь каретки,

стрелы (при изменении выле­та), м; l₂ - средний путь крана, м; v₁ – ­скорость изме

нения вылета, м/мин; v₂ –скорость передвижения крана, м; a – угол поворота

крана (стрелы), град; k – ко­эффициент, учитывающий совмещение операций; n – частота вращения крана (стрелы), мин^-1_•

Годовую эксплуатационную производи­тельность можно определить через средне­часовую по формуле

П_эг = П_эчТ_гk_в, (6.8)

где Т_г - рабочее время крана в году, ч; k_в - коэффициент использования внутри­сменного времени, принимаемый на осно­вании статистических данных; усредненное значение k_в = 0,86.

Длительность рабочего цикла без совмещения операций

t_ц = t_руч + t_маш , (6.9)

где t _руч – продолжительность ручных операций, с; t_маш – продолжительность машинного времени, с.

t_руч = t₁ + t₆ + t₇ , (6.10)

где t₁ – продолжительность строповки элементов, с; (см. таблицу 4 приложения); t₆ – продолжительность удерживания монтируемых элементов во время установки, выверки положения, закрепления, подливки раствора и других операций, с; t₇ – продолжительность расстроповки монтируемого элемента, с.

Продолжительность ручных операций t₁ , t₆ , t₇ , принимаем по нормативным данным (см. Приложение 5) .

t_маш = t₂ + t₃ + t₄ + t₅ + t₈ + t₁₀ + t₁₁ , (6.11)

где t₂ – продолжительность подъема этих элементов до нужного уровня, с

t₂ = (H+ h)/v_под , (6.12)

где v_под – скорость подъема груза, м/с;

t₃ – продолжительность поворота стрелы крана, с

t₃ = (α_р60)/(2πn), (6.13)

где α_р – рабочий угол поворота стрелы, рад; n – частота вращения стрелы, мин^-1.

Рабочий угол поворота стрелы находят по схеме рабочей зоны крана (рис. 6.6) графическим или аналитическим способом по формуле

α_р = α₁ + α₂ = arcsin(K +c/2)/R + + arcsin(K + a/2)/R, (6.14)

Рис. 6.6 – Схема рабочей зоны крана в плане

где R – расчетный вылет стрелы, м.

Продолжительность перемещения крана по рельсовому пути, с

t₄ = S/v_пер, (6.15)

где S – средний путь перемещения крана, м; v_пер – скорость перемещения крана (см. табл. 5 приложения).

Средний путь перемещения крана (рис. 6.6) принимаем равным расстоянию между центрами рабочих зон склада и здания и определяем его графически или аналитически по формуле

S = (F + M)/2 - E + R(cosα₁ + cosα₂). (6.16)

Продолжительность опускания груза до уровня монтажа, с

t₅ = h_oп /v_oп , (6.13)

где h_oп – глубина опускания груза до уровня монтажа, м; v_oп – скорость опускания груза, м/с.

Продолжительность подъема крюка с грузозахватным приспособлением над уровнем монтажа, с

t₈ = h_зап/v_под. (6.17)

t₉ – продолжительность возвратного поворота стрелы, с;

t₉ = t₁; (6.18)

t₁₀ – продолжительность возвратного перемещения крана, с

t₁₀ = t₄; (6.19)

t₁₁ – продолжительность возвратного опускания крюка с грузозахватным приспособлением

t₁₁ = (H + h_зап)/v_oп. (6.20)

На основании полученных данных вычисляют t_руч продолжительность ручных операций и t_маш – длительность машинного времени. Затем t_ц – длительность рабочего цикла без совмещения операций.

5. Длительность рабочего цикла с совмещением операций. Для повышения производительности крана некоторые операции можно совмещать по времени (например, подъем и перемещение груза). В этом случае при подсчете длительности рабочего цикла учитывают только наиболее длительную из совмещенных операций

t^совм_ц = t₁ + t_{2> (4)}> + t₃ + t₅ + t₆ + t₇ + t₈ + t₉ + t_10>(11). (6.21)

В ходе выполнения работы необходимо

1. Подобрать грузозахватное приспособление (см. Приложение 1), наиболее подходящее для монтажа заданной строительной конструкции.

2. Рассчитать с учетом размеров грузозахватного приспособления основные параметры монтажного крана (Q, Н_к, L_c), для монтажа заданной строительной конструкции (рис. 6.5, 6.6 и приложение 2).

3. Подобрать и обосновать выбор башенного крана, имеющего минимально возможную грузоподъемность для заданных условий.

4. Изучить и зарисовать схему выбранного башенного крана. Указать основные параметры крана и его механизмы.

5. Вычертить монтажную схему (рис. 6.6) с привязкой крана и указанием основных размеров, в том числе габаритов безопасности.

6. Определить продолжительность операций рабочего цикла крана.

7. Вычислить длительность рабочего цикла без совмещения, при совмещении операций и начертить схемы последовательности операций рабочего цикла (рис. 6.6).

8. Определить сменную производительность башенного крана при работе без совмещения и при совмещении операций.

9. Определить процент повышения производительности башенного крана за одну смену за счет совмещения операций.

10. Вычислить коэффициент использования крана по грузоподъемности.

11. Изучить конструкцию и нарисовать схемы запасовки каната грузового или стрелового полиспастов (по указанию преподавателя), определить их кратность.

12. Изучить конструкции и нарисовать (по указанию преподавателя) кинематические схемы механизмов башенного крана (подъема груза, поворота, передвижения).

13. Изложить правила безопасной эксплуатации крана на строительной площадке.

Литература

1. Строительные машины: Учеб для вузов по спец. ПГС / Д.П. Волков, Н.И. Алешин, В.Я. Крикун, О.Е. Рынсков/ под ред. Д.П. Волкова. – М.: Высш.шк., 1988. – 319 с.

2. Рудин В.Н. Строительные машины/ В.Н.Рудин/Учебное пособие. Челябинск, Изд ЮУрГУ, 2008, –88с.

3. Соколов Г.К. Выбор кранов и технических средств для монтажа строительных конструкций./ Соколов Г.К./ Учебное пособие:/ Моск. гос. строит. ун-т. М.: МГСУ, 2002, 180 с.

4. 1. Добронравов С.С., Дронов В.Г.Строительные машины и основы автоматизации: Учеб. строит. вузов. – М.: высш. шк. 2001, – 575 с. ; ил.

5. http://www.zavodgbk.ru/products.html.

6. http://zavodsd.ru/arkos/.

7. http://www.jbi74.ru/monolithic_frame_construction/306/380.

8. http://www.stroyka620.ru/page_pid_1815.aspx.

9. http://www.strom-u.ru/fermi/.

10. http://stalkond.ru/gost2757988.htm, http://mosoblkomplekt.ru/?page_id=1412.

11. http://www.prodkran.ru/bashennyi_kran_kb-403a.html.

Контрольные вопросы

1 Назначение, конструкция и принцип действия основных узлов и механизмов башенного крана.

2 Нарисовать кинематические схемы механизмов башенного крана.

3 Назвать основные виды производительности строительных машин (в том числе башенных кранов).

4 Привести конструктивные схемы башенных кранов, применяемых в строительстве.

5 Как определяют кратность полиспаста?

6 Определить собственную устойчивость башенного крана.

7 Перечислить основные рабочие операции башенных кранов.

8 Назвать пути повышения производительности башенных кранов.

9 Описать устройства, обеспечивающие безопасную работу башенных кранов.

10 Рассказать о системе индексации кранов.

11 Определить грузовую устойчивость крана.

12 Назвать отличия, достоинства и недостатки кранов с поворотной и неповоротной башнями, области применения кранов.

13 Назвать и показать на схеме основные геометрические параметры башенного крана.

Таблица 1