Механизм подъема
Принципиальная схема механизма подъема груза с индивидуальным электрическим приводом показана на рис. 28, а. Груз подвешивается к крюку 1, прикрепленному к подвижной обойме 2 канатного полиспаста. Сбегающая с неподвижного блока 3 через отклоняющий блок 4 ветвь каната 5 навивается на барабан 6У который связан с двигателем 9 при помощи передач 7. На валу двигателя установлен тормозной шкив 8.
Тормоз обычно устанавливают на валу двигателя, причем в качестве тормозного шкива используется одна из половин упругой муфты, соединяющей вал двигателя с валом ведущего звена механизма. Этот тормоз предназначен для удержания поднятого груза на весу.
В механизмах с групповым приводом (рис. 28, б) двигатель 9 через гибкую и зубчатые 7 передачи приводит в движение валы барабанов. Сами же барабаны 6 включаются при помощи муфт включения 10. Тормозные шкивы S, как и полумуфты включения, выполняются заодно с барабаном. В этих механизмах тормоз используется не только для удержания груза на весу, но и для регулирования скорости его спуска.
Расчет полиспаста
Полиспаст — это устройство для подъема и подтягивания груза, состоящее из подвижных и неподвижных блоков. Блоки огибаются канатом и смонтированы в обоймах.
Если подвесить груз Q к подвижному блоку (рис. 29, а) и один конец каната, огибающего этот блок, закрепить неподвижно, сила тяги S на другом конце каната будет приблизительно в два раза меньше веса груза, а скорость подъема груза — в два раза меньше скорости движения тянущего конца каната.
Следовательно, сила тяги
S = Q/2ηбл
где ηбл — к.п.д. блока, учитывающий потери на трение в подшипниках оси блока и на преодоление жесткости каната. При подшипниках скольжения ηбл ≈ 0,94 - 0,96, а при подшипниках качения ηбл ≈ 0,96 - 0,98. Применение полиспастов с подвижными блоками дает выигрыш в силе и проигрыш в скорости. Благодаря этому уменьшается пере даточное число механизма и, следовательно, размеры и вес его и лебедки.
У одинарных полиспастов, показанных на рис. 30, а, б тянущий конец каната сходит с верхнего отклоняющего блока, а на рис. 30, в, г — с подвижного блока. Первые применяются в стреловых кранах, вторые — в мостовых и козловых.
Основной характеристикой полиспаста является его кратность iпол, т.е. отношение скорости навивания каната на барабан ύбар к скорости подъема груза ύrp:
iпол = ύбар / ύrp (59)
Кратность полиспаста равна числу ветвей каната, на которые распределяется нагрузка, приложенная к подвижной обойме. На рис. 30, а и в iпол = 4, на рис. 30, б iпол = 3, на рис. 30, г iпол = 5.
Чтобы обеспечить прямолинейность подъема груза в кранах мостового типа обычно применяют сдвоенные полиспасты (рис. 31), у которых на барабан навиваются два конца каната.
При одновременном навивании обоих концов каната средняя его точка на уравнитель ном блоке В остается неподвижной. Уравнительный блок при подъеме груза не вращается и только при неравномерной вытяжке концов слегка проворачивается. Сдвоенный полиспаст по существу представляет два отдельных полиспаста, нагруженных каждый грузом Q/2 .
Если к подвижному блоку (см. рис. 29, б) приложить силу тяги S, а груз Q подвесить к тяговому органу, сила тяги будет примерно в два раза больше веса груза, а скорость подъема груза — в два раза больше скорости подъема блока. В данном случае будет проигрыш в силе, затрачиваемый на подъем груза, и выигрыш в скорости подъема груза.
Эти полиспасты применяют главным образом в гидравлических и пневматических подъемниках для увеличения скорости движения
груза по сравнению со скоростью движения поршня. На рис. 32
показан такой полиспасте кратностью iпол = 1/4
Расчет механизма подъема
В работе механизма подъема (рис. 28, а) различают три периода: 1) пуск; 2) установившееся движение; 3) торможение и остановка. В период пуска создается сопротивление не только от веса груза, но и от сил инерции, возникающих при переходе масс из состояния покоя в состояние движения. В период остановки силы инерции возникают вследствие замедления движущихся масс.
При проектировании подъемного механизма, кроме грузоподъемности Q, задается требуемая условиями работы скорость подъема груза ύгр, м/сек. Зная эти величины подсчитывают требуемую мощность двигателя при установившемся движении груза:
N = Q ύгр/ 102η квт, (66)
где η— к.п.д. всего подъемного механизма, равный
η = ηпол ηбл ηбар ηмех, (67)
т.е. произведению к.п.д. полиспаста, блока, барабана и передаточного механизма. Определив требуемую мощность, подсчитывают число оборотов барабана в минуту
nбар = 60ύбар / πDбар , (68)
Подставив выражение ύбар из формулы (59) в формулу (68), получим
nбар = 60ύгр iпол/ πDбар , (69)
где Dбар — диаметр барабана по центрам витков каната.
Вычислив требуемую мощность N, по табл. 2 и 3 подбирают подходящий двигатель, затем определяют передаточное число механизма
iмех = nдв / nбар (70)
По передаточному числу и мощности на ведущем валу подбирают типовые редукторы, а затем двигатель проверяют на пуск.
Пусковой момент на валу двигателя в период пуска должен быть равен сумме момента статических сопротивлений Мст и моментов от сил инерции поступательно движущихся масс М'дин и от сил инерции вращающихся масс М''дин, т.е.
Мпуск = Мст + М'дин + М''дин. (71)
Статический момент при подъеме груза, приведенный к валу двигателя,
Мст = QDбар / 2iη кгс м (дан м), (72)
где i — передаточное число всего механизма, равное iпол iмех; η — к.п.д. всего подъемного механизма.
Момент от сил инерции поступательно движущихся масс приведенный к валу двигателя,
М'дин = QjDбар / 2iηg кгс • м (дан . м). (73)
Приняв, что движение будет равноускоренным, можем записать
j = ύгр / tпуск. (74)
где tпуск — длительность пуска механизма, сек. Подставив это значение j в формулу (73), получим
М'дин ≈ QjDбар ύгр / 20iηtпуск кгс • м (дан . м). (75)
Вращающиеся массы имеются как на валу двигателя, так и на промежуточных валах подъемного механизма (рис. 28, а). Моменты масс на промежуточных валах, приведенные к валу двигателя, не велики и составляют 10—20% момента масс на валу двигателя, что учитывают коэффициентом с = 1,1 - 1,2.
Момент от сил инерции вращающихся масс на валу двигателя
М''дин = с (GD2i) ε / 4g кгс . м (дан • м). (76)
Здесь (GD2i) — маховый момент масс, расположенных на приводном валу двигателя, кгс • м2 (дан • м2). Обычно учитывают только детали большего веса и большего диаметра: ротор, тормозной шкив и муфту; ε — угловое ускорение, 1 /сек2. Поскольку движение груза принимают равноускоренным,
ε = ω / tпуск = πnдв / 30tпуск , (77)
где со — угловая скорость вала двигателя, 1 /сек; nдв — число оборотов вала в минуту.
Обычно продолжительность пуска кранов ^пуск составляет 1 -ь 4 сек. При большем времени пуска снижается производительность и может перегреться двигатель, при меньшем — не используется мощность двигателя.
