Поъемно-транспортные машины

[σсж ]= 700 ÷900 мПа – для чугунных барабанов [σсж ]=1000 ÷1200 мПа – для сварных и литых стальных барабанов.

Запас прочности материала стенок барабана независимо от режима эксплуатации должен быть следующим:

Для стальных барабанов: k ≥ 2 относительно предела текучести σT

Для чугунных барабанов: k ≥ 5 относительно предела прочности σпч при сжатии. Проверка стенки барабана на устойчивость

(Производится при Дб >1200мм; L >1000мм Для стальных барабанов:

Ркрит = 5,25 105 δ3 , Па;

Rб3

Для чугунных барабанов:

Ркрит = (2,5 ÷3,25) 105 δ3 , Па;

Rб3

Здесь: Ркрит - критическое удельное давление, Па.

Устойчивость барабана обеспечивается, если:

Ркр ≥ (1,3 ÷1,5)Р;

Р– фактическое давление на барабан= 2Smax , Па.

Дб t

Крепление каната к барабану

Наиболее распространенным является крепление каната к барабану прижимными планками с трапециидальной канавкой, где канат удерживается от смещения силой трения.

Значение f = 0.16 ÷0.1; коэффициента трения между канатом и гладким барабаном.

Усилие натяжения каната в месте крепления уменьшается за счет запасных витков, которых должно быть не менее 1.5 ÷2 ;

Sкреп = Semaxfα , Н ;

Здесь : Smax - максимальное натяжение каната при подъеме груза;

α = 3π - угол обхвата барабана дополнительными витками каната; e = 2.7 - основание натурального логарифма.

Рис.7 Схема к расчету крепления каната

30

Усилие винтов прижимных планок

P = fS+крепf1 ; Н

Здесь: f1 = sin β +ff cos β ; - приведенный коэффициент трения между канавкой и планкой, имеющей трапециидальную канавку с углом скоса β = 400 .

Расчет винтов прижимных планок

Винты планок рассчитываются на совместное действие растяжения от силы Р и

	изгиба:		zπd12		Мизг
	σε	=		+		≤ [σ p ];
					0,1d13 z
		4

Здесь: z - число болтов;

d1 - внутренний диаметр болтов, м;

Мизг = Sкреп l – изгибающий момент, Нм;

Допускаемое напряжение растяжения в болте, изготовленном из стали Ст-4

	имеющей σT	= 2400МПа
	[σТ ]=	0,8σТ	=	0,8 2400	=1280МПа
		1,5		1,5

Подшипники оси барабана

Ось барабана установлена на двух подшипниках, работающих в различных условиях.

1.Подшипники, установленные внутри вала редуктора рассчитываются по статической нагрузке равной реакции в опоре оси барабана от номинального груза.

2.При установке оси барабана на отдельных опорах подшипники оси рассчитываются по работоспособности аналогично расчету подшипников блоков с учетом переменности нагрузки.

Кσ =1 + (ασ −1

ασ - теоретический коэффициент концентрации напряжений, вызванный надрезами)

(для галтелей при изгибе)

d = 0.65D; r = 0.0160D; ασ =1.65.

ЛЕКЦИЯ 6

ОСТАНОВЫ И ТОРМОЗА

Условия работы грузоподъемных механизмов требует в них надежных устройств для удержания поднятого груза на весу, а так же для плавного опускания его с регулируемой скоростью.

В краностроении применяются две группы устройств этого рода: остановы – служащие для удержания груза на весу;

тормозы – являются универсальными и используются, как для удержания груза на весу, так и регулирования скорости его опускания.

31

Остановы

По конструкции и принципу работы различают: зубчатые, роликовые и фрикционные остановы.

Зубчатые храповые остановы

Храповой останов (см. рис. 8) 1- храповое колесо; 2 – собачка;

Конструкция храпового останова очень простая. Останов надежен в работе. Недостатками его являются шум во время работы и ударная нагрузка на элементы передачи. Ударная нагрузка возникает при вращении храпового колеса в сторону опускания груза, которое возможно в пределах шага t зубьев.

Для уменьшения шума конструируют остановы, у которых собачка во время вращения колеса в сторону подъема груза автоматически выводится из зацепления.

Для уменьшения ударных нагрузок стремятся уменьшить диаметр храпового колеса и шаг зацепления, что приводит к уменьшению скорости соударения зуба колеса и собачки.

Особенно хорошие результаты дает применение нескольких собачек со смещением их друг относительно друга на дробную величину шага t зацепления.

Рис. 8 Храповый останов: а. Наружный, б. Внутренний

Роликовые и фрикционные остановы на самостоятельную проработку

Тормозы

Существует много конструктивных разновидностей тормозов, однако принципиальная схема их устройства общая: Во все конструкции тормозов входит:

1) деталь, имеющая форму вращения - шкив, конус, диск, жестко закрепленная на одном из валов механизма.

К этой детали с определенным усилием прижимается другая деталь (колодка, лента, диск, конус и т.п.)

На поверхности соприкосновения этих деталей возникает сила трения, которая создает на тормозном валу механизма момент, уравновешивающий момент на этом же валу от веса груза и кинетической энергии при торможении.

Основной, исходной величиной для проектирования тормоза является наибольший крутящий тормозной момент, возникающий на выбранном валу механизма в период торможения.

Обыкновенно тормоз устанавливается на приводном валу механизма, где имеет наименьшую величину и поэтому тормозное устройство получается легким и компактным. В особо ответственных механизмах тормоз устанавливается непосредственно на оси барабана.

32

Это не вызывает падения груза даже при нарушении кинематической связи привода механизма с барабаном.

Обычно в этом случае устанавливают два тормоза: один на приводном валу - рабочий и второй на оси барабана - аварийный.

Они электрически сблокированы между собой таким образом, что аварийный тормоз срабатывает в случае отказа рабочего или при нарушении кинематической связи в механизме.

Классификация тормозов

Тормозные устройства грузоподъемных машин можно подразделить по следующим признакам:

1.По назначению: - на тормозы стопорные, производящие остановку груза и действующие в конце операции, выполняемые механизмом; и на тормозы, ограничивающие скорость движения в определенном интервале, работающие в течении всего времени работы механизма (спускные тормоза, центробежные регуляторы скорости).

2.По конструктивному выполнению рабочих частей - тормоза колодочные, ленточные, дисковые, конические и другие.

3.По взаимодействию рабочих поверхностей под действием внешнего усилия - на тормоза нормально – замкнутые (остающиеся замкнутыми в период пауз в работе механизма) и тормозы нормально - открытые - остающиеся разомкнутыми в период пауз в работе механизма.

4.До принципу действия - на тормоза автоматические - действующие независимо от обслуживающего персонала (тормоза с грузовым замыканием и тормоза нормально замкнутые с электроприводом); управляемые тормоза - приводятся в действие рабочим с помощью педали или рукоятки управления.

Ктормозной установке любого типа предъявляются следующие требования:

1.Соответствие величины тормозного момента данным условиям работы;

2.Минимально возможный износ трущихся деталей;

3.Нагрев не выше допускаемой температуры;

4.Прочность всех элементов;

5.Простота конструкции, обеспечивающая удобства обслуживания и ремонта; легкость регулировки и ее устойчивость;

6.Минимальные габаритные размеры;

7.Плавное замыкание;

8.Полное размыкание трущихся поверхностей.

Втормозах применяют специальные фрикционные материалы, позволяющие увеличить при снижении общего веса и габаритов.

Всовременных тормозах трение металла по металлу без смазки применяется крайне редко в механизмах с ручным приводом и малой грузоподъемностью.

Вдисковых тормозах часто применяется трение металла по металлу в масляной ванне. Но в большинстве конструкций использовано трение металла по фрикционным

материалам.

Они должны отвечать следующим условиям:

1.Высокий коэффициент трения;

2.Сохранение тормозных качеств при нагреве до t 0 = 200 ÷2500 C

3.Высокая износостойкость при имеющихся значениях скоростей, удельных давлений и температур;

4.Малая хрупкость и хорошая обрабатываемость;

5.Малая стоимость и отсутствие дефицитных составляющих.

33

Наиболее полно отвечает этим требованиям вальцованная лента, изготовленная на валъцмашине из крошки асбеста и латекса, с последующей вулканизацией.

Толщина ленты - δ = 4 ÷8мм Ширина лентыb = 50 ÷200мм

Привод тормозов

В качестве привода тормозов наибольшее распространение получили электромагниты.

Выбор тормозного электромагнита производится по условию:

Для электромагнита с поступательным движением якоря (из равенства кинетической

	энергии)		1		NE
	Рм h k1	= NE		, а Рм =		, Н;
			η		hk1η

Здесь: Рм - тяговое усилие электромагнита в Н; h - ход электромагнита в м;

k1 = 0.8 ÷0.85 - коэффициент использования хода якоря электромагнита.

В тормозах с большим количеством шарниров и малой жесткостью k1 = 0.6 ÷0.7 . N - рабочее усилие тормоза в Н;

E- установочный зазор между шкивом и обкладкой (колодкой, лентой) в м;

η= 0.9 ÷0.95 - к.п.д. рычажной системы тормоза при нормальной смазке шарниров,

Для тормозных электромагнитов клапанного типа (из условий равенства кинетической энергии)

М

м

ϕ k

1

= NE

1

, а М

м

=

NE

, Нм;

η

ϕ k1 η

Здесь: Мм - момент магнита в Нм; ϕ - максимально допустимый угол поворота якоря магнита в радианах.

Замыкание нормально замкнутых тормозов - наиболее распространенных - производится усилием сжатой пружины или весом специального замыкающего груза.

Применение замыкающего груза увеличивает время срабатывания тормозов вследствие значительной инерции груза и сопровождается ударами, ухудшающими условие работы шарнирных соединений.

Применение пружинного замыкания обеспечивает быстроту срабатывания тормоза, допускает регулировку величины тормозного момента в весьма широких пределах.

Следует при этом иметь в виду, что поломка замыкающей пружины приводит к падению груза. Поэтому требование к качеству изготовления пружин повышенное.

Колодочные тормоза

В зависимости от типа привода подразделяются на:

1. Колодочные тормозы с приводом от длинноходовых электромагнитов типа КМТ и КМП.

Достоинства - простота изготовления; Недостатки - большое количество шарниров; малая жесткость рычагов; сравнительно

медленное замыкание, обусловленное большим ходом якоря.

2. Тормозы с короткоходовыми клапанными электромагнитами постоянного тока

(ТКП).

Электромагнит воздействует непосредственно на тормозной рычаг, соединенный с якорем магнита. Тормозы весьма надежны, имеют малое число шарниров, быстро срабатывают, легко регулируются, имеют малые габариты.

34

Недостаток - сложность конфигурации литых стальных рычагов.

3. Тормозы с короткоходовыми клапанными электромагнитами переменного тока (типа МО-Б) или постоянного (типа МП). Тормоз типа ТКТ и тормоз типа ТКП, укрепленными непосредственно на рычаге тормоза (см. рис.).

Недостаток - невозможность применения при диаметре шкива более 300 мм (увеличение веса и размеров электромагнита, большие динамические усилия нажатия колодок на шкив из-за большой разности моментов инерции рычагов).

4. Тормозы с приводом от серводвигателя.

Тормозы экономичны, т.к. потребляют ток меньшей величины. Нечувствительны к неполному перемещению тормозного рычага. Работа их весьма надежна и спокойна.

Недостаток - более высокая стоимость.

Колодочные тормоза переменного тока типа ТКТ (см. рис. 9). Замыкание этих тормозов производится с помощью сжатой пружины 1, помещенной между хомутом 2 и гайками 3, навинченными на шток 4. Хомут шарнирно соединяется с правым рычагом тормоза, а шток - левым. Для растормаживания этих тормозов применяются клапанные электромагниты 5 переменного тока (тип МО - Б).

Подобные тормоза изготовляются со шкивами диаметром 100, 200 и 300 мм и носят соответственно марку ТКТ-100 (Мт=20 Нм), ТКТ-200 (МТ=160 Нм) и ТКТ-300 (Мт= 500 Нм). В тормозах ТКТ-200 и ТКТ-300 предусмотрена возможность установки

ближайшего меньшего размера электромагнита. Это позволяет получить промежуточные значения тормозных моментов. Так, если на тормозе ТКТ-200 установить магнит МО-100Б,

получим тормоз ТКТ-200/100 с тормозным моментом МТ = 40 Нм. Тормоз ТКТ-300/200 имеет тормозной момент МТ = 240 Нм.

Тормозы типа ТКТ отличаются компактной надежной конструкцией, удобством разборки и регулирования. Благодаря пружинному замыканию они обеспечивают точное торможение.

Рис.9 Схема тормоза ТКТ

5. Тормозы с электрогидравлическим толкателем (см. рис.10). По сравнению с электромагнитными имеют преимущества:

1.Постоянство тягового усилия;

2.Большое допускаемое число включений в час до 600;

3.Плавность движения поршня;

4.Большой диапазон регулирования времени подъема и опускания поршня (от десятых долей секунды до минуты);

5.Возможность осуществления автоматического регулирования тормозного момента. При этом электродвигатель толкателя получает питание от ротора электродвигателя

35

кранового механизма. При этом частота и напряжение тока, подводимого к электродвигателю толкателя обратно пропорциональны изменению скорости вращения кранового двигателя.

Недостаток - вертикальное расположение толкателей. Отклонение не более 100 во избежание утечки масла.

Рис.10 Тормоз типа ТКГ 300 (ТКТГ 300)

Рабочее усилие торможения создает пружина 1, воздействуя на трехплечий рычаг 2. Усилие растормаживания обеспечивается электрогидравлическим толкателем 3.

В нижней части цилиндра 4 укреплен центробежный насос. Его крыльчатка насажена на вал электродвигателя. Полости корпуса, насоса и цилиндра заполнены маслом.

При включении механизма крана автоматически включается и двигатель гидравлического толкателя. Крыльчатка насоса создает избыточное давление масла под поршнем. Поршень со штоком поднимаются и, воздействуя на рычаги тормоза, производят растормаживание. Поршень остается в верхнем положении, пока включен механизм крана и работает насос толкателя.

При выключении механизма насос останавливается. Давление масла под поршнем уменьшается.

Замыкающая сила Р, приложенная к тормозному рычагу, создает нажатие колодки на тормозной шкив вследствие чего на вращающемся шкиве возникает сила трения

F = fN , Н

противодействующая вращению механизма. (см. рис. 9 )

Если момент силы F больше момента движущей силы на валу, происходит замедление движения и в итоге полная остановка.

Тормозной момент, создаваемый одноколодочным тормозом

M T = fN D2 , Нм

Необходимое нажатие колодки на шкив:

N = 2MfDT , Н

Величина усилия Р , замыкающего тормоз Из условий равновесия рычага относительно O1 :

36

∑Мо1 = −Pl + Nl1 ± F b = 0

Pl = Nl1 + Nfb;

P = N l1 ± fb , H l

Расчет двухколодочного тормоза

Тормозной момент, создаваемый двухколодочным тормозом составляется из тормозных моментов, развиваемых каждой тормозной колодкой.

Из уравнения равновесия для каждого рычага: рычаг 1

Pl = N1 (l1 − fb); N1 = l1 −Plfb H

рычаг 2

Pl = N2 (l1 + fb);

	N2 =	Pl	H
		pl1 + fb

		D	Общий тормозной момент
	M T = f		(N1 + N2 ), или подставим значения N1 и N2 ;
		2
				PDll1 f
			M T =
						, Нм;
				l 2	− f 2 b2
		1
	Равнодействующая сил N и F = Nf :
			S1 = N12 + N12 f 2 = N1 1+ f 2 , H;
			S2 = N2 1+ f 2 , H;
	т.к. N1 ≠ N2 , то и S1 ≠ S2 ;
	Усилия, изгибающие тормозной вал:
					2Plf 1 + f		2
			∆S = S1 − S2 =		l 2 − f 2b2		b , Н;

1

при b = 0 , т.е. при прямых рычагах S = 0 , а Общий тормозной момент двухколодочного тормоза

MT = fPD l1 η , Нм;

1

где η = 0.9 −0.95 ; КПД рычажной системы.

Условное среднее давление между шкивом и колодкой тормоза определяют из соотношения:

37

	P =	N	=	N			≤ [P], кг/ см2 ;
		F		πД		0
		k		360 Bβ

Fk - площадь одной тормозной колодки; B = вш + (5 ÷10)мм – ширина колодки, см; вш - ширина шкива;

β = 60 ÷1100 - угол обхвата шкива одной колодкой;

Расчет пружин замыкания тормоза

Замыкание тормозов производится усилием Р0 сжатой основной пружины. Отход колодок от шкива обеспечивается усилием Рв вспомогательной пружины.

Рв = 20 ÷60, Н.

При заданном тормозном моменте результирующая сила основной и вспомогательной пружины:

P = MfDTη ll1 , Н;

действующая одинаково на оба рычага. Усилие основной пружины:

						P0	= P + Pb; или
						P0	= ∆ K0
где: ∆ - установочная осадка пружины, см;
K0	=	10G d			4	- жесткость пружины, Н/см;
			8i	Дпр3

Здесь: G = 8 106 Н / см2 (для Ст 65Г, Ст 60С2 и Ст 60С2А) – модуль упругости материала пружины;

d - диаметр проволоки пружины;

і- число рабочих витков;

Дпр - средний диаметр пружины, см.

Касательные напряжения в пружине

	τ =	8P0 Дпр		≤ [τ];
		πd 3
Здесь: С – поправочный коэффициент для цилиндрической пружины из проволоки
крупного сечения в зависимости от отношения			Дпр		= n
n = 4; n = 6; n = 8; n =10;			d
При n =1.4; n =1.3; n =1.18; n =1.14;
[τ] - допускаемое касательное напряжение.
Для стали 60С2 и 60С2А		[τ]= 650МПа
Для стали	65г.	[τ]= 450МПа

38

Расчет рычажной системы

Жесткость рычажной системы должна быть такой, чтобы суммарная деформация системы поглощала не более 10% нормального хода магнита.

Расчет тормозных рычагов ведется на изгибающий момент от силы Р в опасном сечении рычага.

σ = Kd = MWиз Па

Здесь: W - момент сопротивления сечения, м3;

Kd - динамический коэффициент, учитывающий характер изменения

приложенной силы при замыкании тормоза: величина Kd =1.25 ÷2.5 ;

(корткоход.магн.- Kd = 2.5 ;длинноход.магн. Kd = 2 ; электрогидр.толкатели и ручное упр. Kd =1,25)

Прочие виды колодочных тормозов рассчитываются аналогично.

Ленточные тормоза

Преимуществом ленточных тормозов по сравнению с колодочными являются в 2 ÷ 2,5 раза больший тормозной момент при тех же габаритах и меньшем весе.

Однако суммарное натяжение концов лент этих тормозов обычной конструкции сильно нагружает вал и опоры тормозного шкива, чего не происходит в колодочных тормозах.

Виды ленточных тормозов

Простой ленточный тормоз Один конец ленты прикреплен к стапиле тормоза, другой к рычагу. Замыкание

тормоза грузовое; размыкание – электромагнитом.

Натяжение Sнб и Sст , ленты должны иметь такую величину, чтобы нажатие ленты на шкив создало на поверхности соприкосновения силу трения F = P (окружной силе).

Рис.11 Простой ленточный тормоз

39