Тема 13. Механизмы подъемных машин

Основными механизмами грузоподъемных машин являются: механизмы подъема груза, механизмы передвижения кранов и тележек, механизмы вращения и механизмы изменения вылета.

Рис. 13.1.

13.1. Механизмы подъема груза

Обычно механизм подъема (рис. 13.1, а) состоит из электродвигателя 1, соединенного с редуктором 3 при помощи муфты 2 (зубчатой или упругой, например втулочно-пальцевой), одну из полумуфт которой используют как тормозной шкив. Если применяют упругую муфту, то для обеспечения эксплуатационной надежности в соответствии с правилами Госгортехнадзора используют полумуфту, находящуюся на валу редуктора. С помощью второй муфты 4 выходной вал редуктора соединяют с канатным барабаном 5.

Существует несколько вариантов конструктивного выполнения соединения редуктора с барабаном. Компоновка узлов двигателя и барабана по одну сторону от редуктора (рис. 13.1, а) более компактна по сравнению с вариантом размещения двигателя и барабана по разные стороны от редуктора, хотя компоновка по такой схеме отличается удобством монтажа и обслуживания. В наиболее рациональной монтажной схеме (рис. 13.1, б) соединение редуктора 3 с барабаном 5 выполнено путем установки одной из опор оси барабана в расточке тихоходного вала редуктора и передаче крутящего момента зубчатой муфтой 4, одна половина которой (с внешним зацеплением) выполнена на выходном валу редуктора, а другая с внутренним зацеплением, крепится непосредственно к барабану. В этом случае ось барабана работает только на изгиб от натяжения каната.

Чтобы избежать применения дорогого и громоздкого трехступенчатого редуктора при небольших скоростях подъема, применяют механизмы с открытой зубчатой передачей 7 (рис. 13.1, в).

В механизме подъема предусмотрен полиспаст, образующий вместе с крюком подвеску 6. Применение полиспастов с четной кратностью более предпочтительно, поскольку они не вызывают перенос крюковой подвески. Одинарный полиспаст рекомендуют применять при грузоподъемности до 3т, свыше 3т – сдвоенные полиспасты.

Работа механизма подъема состоит: из пуска (разгона), установившегося движения и торможения. Пусковой период сравнительно краток (1…5 сек) и длительность работы двигателя с максимальной нагрузкой составляет только часть общего цикла. Поэтому двигатель выбирают по мощности установившегося движения

,

где Т_ст – статический момент на валу двигателя при подъеме номинального груза

( - общий вес груза и грузозахватного органа; – диаметр барабана; – соответственно кратность и КПД полиспаста; – соответственно передаточное число и КПД механизма подъема); – частота вращения барабана.

В период пуска создается момент Т_пуск, необходимый для преодоление статического момента Т_ст, моментов сил инерции вращающихся элементов привода Т_ин.вр. и сил инерции груза и подвесных приспособлений Т_ин.гр.

Знак "+" перед Т_ст соответствует пуску при подъеме груза, "–" – при спуске, т.е. Т_ст от груза способстствует разгону системы.

Характер изменения моментов при равноускоренном движении груза на подъем показан на рис. 13.2, где оа – путь разгона, равный

,

Рис. 13.2.

где – средняя скорость груза, изменяемая от 0 до заданной; t_п – время разгона (пуска). Действительный график изменения моментов (сплошная линия) отличается от принятого в расчетах ступенчатого и . Вследствие небольших значений t_п (1…5 с) все детали и узлы механизма подвергаются действию существенных динамических нагрузок, а увеличение t_п, следовательно Н₁, ведет к снижению производительности подъемной машины.

Момент инерции при разгоне вращающихся масс с моментом инерции детали (m – масса вращающейся детали: ротора двигателя, муфты, тормозного шкива, валов и т.п.) в общем виде

Приводные механизмы, как правило имеют три вала (рис. 13.1) и суммарный момент инерции вращающихся масс

.

Предполагая изменение скорости в процессе пуска по линейному закону, заменим на

.

Обычно для механизмов грузоподъемных машин инерционные силы тихоходных валов составляют 10…20 % инерционных сил деталей на первом, приводном, валу (ротора электродвигателя, тормозного шкива и полумуфты). С приемлемой для практики точностью величину махового момента на первом валу принимают равным маховому моменту ротора mD², определяемому по каталогам электродвигателей. Таким образом

( – угловая скорость вращения приводного вала)

Момент Т′_ин.вр на валу барабана D_б, необходимый для разгона массы груза и грузозахватных приспособлений G_гр с ускорением

.

С учетом , угловой скорости вращения барабана и КПД механизма подъема , получим приведенный к валу двигателя момент сил инерции поступательно движущихся масс груза и навесных приспособлений

Процесс торможения механизма подъема груза сопровождается возникновением динамических нагрузок и уравнение моментов в этот момент имеет вид

Знак "+" перед статическим моментом при торможении соответствует торможению при опускании груза, "–" – при подъеме.

Выражение для определения моментов при торможении аналогичны выражениям моментов при пуске , но вместо значения времени пуска t_п в формулы подставляют время торможения t_т и значения КПД и в формулах приводятся в числителе, так как потери в механизме уменьшают тормозной момент.

Выбранный электродвигатель проверяют на время разгона t_п и время торможения t_т. Наибольшее время пуска получается при разгоне на подъем, наибольшее время торможения получается при опускании груза.

Допустимое время пуска обычно принимают . Если время или среднее ускорение при разгоне окажутся существенно больше рекомендуемых значений, следует выбрать другой, более мощный двигатель той же "ПВ" с той же или близкой частотой вращения.