Конструктивные схемы основных механизмов ГПМ

3.4.1. Механизмы подъема

Непременным и наиболее ответственным элементом любой ГПМ является механизм подъема. В зависимости от грузоподъемности и условий эксплуата­ции применяют механизмы подъема с ручным или машинным приводом. Ма­шинный привод может быть индивидуальным (каждый механизм ПТМ имеет собственный двигатель) либо групповым (все механизмы ПТМ приводятся в действие от одного двигателя).

Типовая кинематическая схема механизма подъема приведена на рис. 3.4. При включении электрического двигателя 1 крутящий момент с его вала пере­дается через упругую муфту 2 на первичный вал редуктора 4. Увеличенный ре­дуктором крутящий момент передается через муфту 5 барабану 6, на котором закреплен один конец каната 7. При вращении барабана в одну сторону канат на него навивается и подвижный блок 8 поднимается вверх вместе с грузозахват­ным устройством и грузом массой Q. При вращении барабана в противополож­ную сторону груз опускается. Тормоз 3 в качестве шкива использует одну из полумуфт.

В ГПМ поднимаемый груз связан с механизмом подъема через полиспаст, представляющий собой систему из двух обойм (подвижной и неподвижной), каж­дая из которых состоит из нескольких блоков, огибаемых канатами. Использова­ние полиспастов позволяет получить выигрыш в силе либо в скорости перемеще­ния груза.

3.4. Типовая схема механизма подъема

В механизмах подъема кранов широко применяются сдвоенные полиспасты (рис. 3.5.). Они дают возможность уменьшить нагрузку на канат, поскольку груз повешен на нескольких его ветвях, следовательно, уменьшить диаметр и жест­кость, улучшить сцепление каната с блоками. При этом обеспечивается стабиль­ное положение вертикальной оси канатов относительно барабана.

Отношение числа канатов, на которых груз подвешен, к числу канатов, нави­ваемых на барабан, называется кратностью полиспаста. Верхний блок 3 с непод­вижной осью называется уравнительным. Он служит для выравнивания длин пра­вой и левой ветвей каната в случае их неравномерного вытягивания.

3.5. Механизм подъема со сдвоенным полиспастом

Нижние подвижные блоки объединены в крюковой обойме 4, к которой при­ложен вес груза Q. Канат 2, оба конца которого запасованы на барабане 1, оги­бает верхние и нижние блоки.

Максимальное натяжение каната для сдвоенного полиспаста равно:

, (3.2)

где Q – вес груза;

- коэффициент полезного действия блока (для блока на подшипниках ка­чения =0,97);

а – кратность полиспаста.

При расчете механизма подъема решаются следующие задачи:

- выбор схемы подвеса груза;

- выбор барабана;

- определение мощности двигателя и выбор типа двигателя;

- выбор редуктора;

- определение потребного тормозного момента и выбор типа тормоза.

Схему подвеса выбирают в зависимости от грузоподъемности ПТМ. Если она не превышает 3 т, то принимают одинарный полиспаст с кратностью а=2, при гру­зоподъемности от 5 до 10 т – сдвоенный полиспаст с а=2, при большей грузоподъ­емности используют сдвоенный полиспаст с а=3. По формуле (3.2) определяется максимальное натяжение каната. С учетом группы классификации механизма (табл.3.5) выбирают коэффициент использования каната (табл.3.7) и по формуле (3.1) вычисляют разрывное усилие каната, по величине которого подбирают по соответствующему стандарту конкретный тип каната.

Минимальные диаметры барабанов, блоков и уравнительных блоков, огибае­мых стальными канатами, определяются по формулам:

где d - диаметр каната, мм;

D₁, D₂, D₃ - диаметры соответственно барабана, бло­ка и уравнительного блока по средней линии навитого каната, мм;

h₁, h₂, h₃ - коэффициенты выбора диаметров соответ­ственно барабана, блока и уравнительного блока (табл. 3.9.).

Таблица 3.9.

Минимальные коэффициенты выбора диаметров барабанов и блоков

Потребная мощность электродвигателя механизма подъема, кВт составляет:

(3.3)

где Q – общий вес номинально поднимаемого груза и грузозахватного устрой­ства, кН;

v_гр – скорость подъема груза, м/с;

- кпд механизма, включая полиспаст; в общем случае он равен:

,

- кпд соединительной муфты ( ;

с – количество муфт;

- кпд редуктора ( = 0,9…0,94);

- кпд барабана ( =0,97);

- кпд полиспаста (в зависимости от кратности =0,9…1,0);

- кпд направляющего блока (в зависимости от числа блоков =0,85…0,98).

По вычисленной мощности с учетом группы классификации по каталогу подбирают типоразмер приводного двигателя, причем его мощность не должна превосходить потребную больше, чем на 10-15%.

Редуктор выбирают из нормального ряда крановых редукторов с учетом группы классифи­кации механизма, частоты вращения барабана, потребного передаточного числа редуктора, мощности двигателя. Частота вращения барабана, мин^-1 равна:

,

а необходимое передаточное число от вала двигателя до вала барабана:

где n_д – частота вращения выбранного электродвигателя, мин^-1.

В механизмах подъема широкое применение нашли горизонтальные цилинд­рические двухступенчатые косозубые редукторы Ц2, имеющие высокую нагру­зочную способность.

Передаточное число выбранного редуктора не должно отличаться от расчет­ного более, чем на 5%.

При выборе тормоза выполняют требование Правил по кранам о том, что для на­дежной работы тормоза его тормозной момент должен превышать крутящий момент, возникающий при работе крана, в К раз. Величина К — коэффициент запаса торможения — в зависимости от привода и режима работы составляет от 1,5 до 2,5. Статический момент при торможении на валу двигателя (тормоза), кНм, создаваемый подвешенным грузом и грузозахватным устройством определя­ется по формуле:

.

Следовательно, потребный тормозной момент, кНм, составляет:

По найденному значению М_т выбирают тормоз (табл.3.8).

3.4.2. Механизмы передвижения

Механизмы передвижения обеспечивают горизонтальное перемещение всей ГПМ или только ее элемента по рельсовым, безрельсовым или канатным путям. Рельсовые пути используют краны мостового типа, а также портальные, башен­ные, железнодорожные, консольные и велосипедные. Стреловые краны на гусе­ничном ходу и пневмоколесные в рельсовых путях не нуждаются. Канаты исполь­зуются для перемещения грузовых тележек в кранах кабельного типа.

Механизм передвижения рельсовых ГПМ может размещаться на перемещае­мом объекте (например, на грузовой тележке мостового крана), крутящий момент в этом случае передается непосредственно на ходовые колеса. Либо он располага­ется за пределами перемещаемого объекта и связан с ним тяговым органом- кана­том, цепью (например, лебедка для перемещения грузовой каретки козлового крана).

Непременными элементами механизма передвижения с приводными колесами являются двигатель, система передачи и ходовая часть. Особенности их конструкции обусловлены такими характеристиками ГПМ, как грузоподъемность, длина пролета, тип металлоконструкции. На рис. 3.6 показаны четыре схемы ме­ханизма передвижения мостовых кранов. Они имеют много общего: в каждой из них есть электродвигатель 1, соединительная муфта с тормозом 2, редукторы 4, ходовые катки (колеса) 5. Эти элементы участвуют в передаче крутящего момента от двигателя к колесу.

3.6. Схемы механизма передвижения мостового крана

Есть и существенные различия. Первые три схемы имеют трансмиссионные валы 3, составленные из отдельных секций и соединенные муфтами 6. Величина крутящего момента, воспринимаемая трансмиссионными валами различна.

В первой схеме (рис.3.6, а) вал имеет с колесом одинаковую угловую скорость, он передает максимально возможный крутящий момент и потому вал 3, подшип­ники 4, муфты 2 и 6 имеют значительные размеры и массу. И они будут тем больше, чем выше будет грузоподъемность крана, длиннее пролет, выше скорость передвижения. Следовательно, эта схему, обладающую простотой конструкции, целесообразно применять в тихоходных механизмах передвижения при относи­тельно невысокой грузоподъемности и легкой (решетчатой) металлоконструкции.

Во второй схеме (рис. 3.6, б) предусмотрена дополнительная зубчатая передача 8, которая увеличивает крутящий момент на ходовом колесе 7, а редуктор 4 имеет уменьшенное передаточное число. Нагрузка на трансмиссионный вал 3 здесь в несколько раз меньше, чем на тихоходном валу крана с такими же параметрами, а потому размеры и масса трансмиссии при такой схеме (среднеходной) уменьша­ются.

Если же применить механизм передвижения с быстроходным валом (рис. 3.6, в), то трансмиссионный вал, муфты, подшипники можно сделать еще меньше, по­скольку крутящий момент, передаваемый ими, равен крутящему моменту двига­теля и угловые скорости вращения вала 3 и двигателя равны. Два редуктора здесь разнесены по концам трансмиссионного вала, они увеличивают крутящий момент до необходимой величины и передают его на колеса.

Результат такой компоновки механизма передвижения – еще большее умень­шение диаметра вала и его массы. Но ее применение предъявляет повышенные требования к точности изготовления и монтажа элементов. Схема применяется на кранах с большими пролетами и жесткими мостами.

В последние годы расширяется применение механизмов передвижения с раз­дельным приводом (рис.3.6, г). Они имеют отдельный привод для каждой стороны моста, рассчитанный на 60% от общей мощности для компенсации возможной неравномерности загрузки. Появляется возможность создавать блочные конст­рукции приводных агрегатов, обеспечивается удобство монтажных работ, техни­ческого обслуживания и ремонта.

Индивидуальные приводные агрегаты применяются на кран-балках с пролетами длиннее 15 м, на портальных и башенных кранах и др. Аналогичную схему имеет механизм передвижения грузовых тележек мостовых кранов.

В козловых, башенных, кабельных кранах применяются механизмы пе­редвижения с канатной тягой. Они позволяют уменьшить нагрузку на пролетную часть крана или стрелу, а также обеспечить движение грузовой тележки по на­клонному пути. Одна из типовых конструкций такого привода представлена на рис. 3.7.

По ходовому пути 1 перемещается грузовая тележка, имеющая жесткую раму 2 и ходовые катки 3. Перемещение обеспечивают тяговые канаты 4 и 8. Одним кон­цом они закреплены на раме тележки, а другой конец этих канатов запасован на барабане привода (лебедки) 7. При этом канат огибает стационарно установлен­ный обводной блок 5. Барабан имеет два нарезных рабочих участка, и канаты на нем располагаются так, что при вращении в одну сторону одна из ветвей наматы­вается на барабан, а другая сматывается, передавая тяговое усилие тележке и пе­ремещая ее. При изменении направления вращения тележка перемещается в дру­гую сторону.

На тележке установлены блоки 10 подъемного каната 9, на котором подвешена крюковая обойма 6. Крепление канатов на барабане должно быть выполнено так, чтобы грузовые и тяговые канаты не соприкасались.

Вместо нарезных барабанов могут применяться барабаны фрикционные. Канат обвивает такой барабан несколькими витками и закрепляется на раме тележки как показано на рис. 3.7. Тяговое усилие создается за счет сил трения между витками.

3.7. Схема механизма передвижения с канатной тягой

3.4.3. Механизмы изменения вылета

Механизм изменения вылета предназначен для перемещения груза поворот­ным краном в радиальном направлении относительно центра вращения. Эту за­дачу можно решить двумя путями:

- перемещение грузовой тележки по стреле с помощью лебедки (механизма пе­редвижения);

- поворот стрелы в вертикальной плоскости.

Наиболее просто угол наклона стрелы меняется с помощью канатных полиспа­стов либо гидравлических цилиндров. Полиспастный привод (рис. 3.8) включает в себя лебедку 1 и стреловой полиспаст, состоящий из неподвижной обоймы 2, установленной на поворотной платформе крана, каната 3 и подвижной обоймы 4, размещенной на головке стрелы (рис. 3.8, а) либо подвешенной на тягах 5 (рис.3.8, б). В зависимости от направления вращения барабана стрела поворачи­вается относительно шарнира 8 вниз или вверх. Первая схема с конструктивной точки зрения проще, зато вторая требует значительно меньшей длины каната, по­скольку при подъеме стрелы в верхнее положение она используется почти полно­стью. Грузовой канат 6 полиспаста 7 обходит блок на головке стрелы и направля­ется на лебедку механизма подъема.

3.8. Полиспастный привод механизма изменения вылета стрелы

В автомобильных и железнодо­рожных кранах применяется гидравлический привод как для качания стрелы (рис. 3.9), так и для изменения ее длины при телескопической конструк­ции. Основание стрелы 3 и гидравлический цилиндр 5 шарнирно закрепляются на поворотной раме 1. Головка плунжера 6 шарниром 4 соединяется с металлокон­струкцией стрелы.

3.9. Гидравлический привод изменения вылета стрелы

Под действием давления рабочей жидкости P, подаваемой гидравлическим на­сосом, плунжер выдвигается. При этом он создает вращающий момент относи­тельно шарнира 2, больший, чем момент от веса стрелы G и веса груза Q, повора­чивая стрелу и уменьшая таким образом вылет.

3.4.4. Механизмы поворота

Механизм поворота предназначен для вращения поворотной части ГПМ отно­сительно вертикальной оси. Типовой механизм поворота состоит из двигателя, передаточного механизма и опорно-поворотного устройства. По месту размеще­ния различают два типа механизмов поворота: они могут быть смонтированы на поворотной либо на неповоротной части машины. Наиболее распространенной является установка механизма на поворотной платформе (рис.3.10).

3.10. Схема механизма поворота стрелового крана

Двигатель 1 соединен тормозной муфтой 2 с червячным редуктором 3, имею­щим горизонтальное расположение червячного колеса. На вертикальном валу ре­дуктора установлена шестерня 4, входящая в зацепление с зубчатым венцом ко­леса 5, закрепленного на неповоротной части. При вращении двигателя шестерня обкатывается вокруг неподвижного колеса, обеспечивая вращение поворотной платформы 6. В приводах механизмов поворота находят применение также ци­линдрическо-конические редукторы и цилиндрические редукторы в вертикаль­ными валами.

Нагрузка от поворотной части ГПМ на неподвижную передается с помощью опорно-поворотного устройства. Оно состоит (рис.3.11,а) из опорного круга катания 1, жестко закрепленного на неповоротной части, опорных ходовых колес 2, оси которых закреплены своими кронштейнами на поворотной раме 3, и привода (рис.3.10.). В центре опорного круга катания устанавливается цапфа или пустотелая центральная колонна 4, являющаяся осью вращения поворот­ной части. Количество колес у кранов малой и средней грузоподъемности обычно равно четырем, в кранах большой грузоподъ­емности их число удваивают и для равномерного нагружения колеса уста­навли­вают на балансирах 5 (рис.3.11,б). Реборды на таких колесах не предусматри­вают, поскольку поперечному смещению препятствует колонна 4.

3.11.Варианты схема опорно-поворотных устройств

Все большее применение получают многоопорные поворотные устройства — роликовые и шаровые. Роликовая опора (рис.3.11, в) представляет собой обойму, состоящую из одного или двух сепараторных колец 6. На закрепленных в обойме осях свободно вращаются цилиндрические или конические ролики 7, опираю­щиеся на опорный круг катания 8 соответствующего профиля. Поворотная часть крана 3 опирается на ролики закрепленным на ней вторым кругом катания 9 того же профиля и диаметра.

Конструкция шарикового двухрядного поворотного круга (рис. 3.11, г) выпол­нена в виде наружного кольца 10, жестко скрепленного с зубчатым венцом 11. В кольцевые выточки наруж­ного кольца и внутренних колец 12 и 13 заложены стальные шары 14. Кольца соединены между собой болтами, поворотная плат­форма крепится к кольцам также болтами.