Розділ іv. Технічні пристрої з використанням механічних передач
4.1 Ручні та механічні лебідки
Лебідки призначені для підйому, опускання і переміщення вантажів. Використовуються як самостійні механізми (в основному на будівельно-монтажних та лісозаготівельних роботах) або як складові частини машин (кранів, підйомників, екскаваторів і ін.). Виготовляють лебідки з ручним і машинним приводом з зубчастими, черв'ячними і фрикційними, а також комбінованими передачами (черв'ячно-зубчастими, фрикційно-зубчастими). Для переміщення вантажів застосовуються також ручні важільні лебідки.
Мал. 4.1 Лебідка з ручним приводом складається із рами 1, ведучого валу 5 з рукояткою 4, проміжного валу 3, веденого валу 2, системи зубчастих передач, які передають обертання на закріплений на валу 2 барабан 6.
Лебідки з ручним приводом забезпечуються автоматичними гальмами, безпечними рукоятками для гальмування при опусканні вантажу, а також для забезпечення миттєвої зупинки (при відпусканні працюючим рукоятки лебідки). Безпечна рукоятка працює таким чином. При обертанні рукоятки 1, насадженої на вал 2, в сторону підйому вантажу, гвинтова нарізка на валу 2 переміщує ліворуч шестерню З, зчеплену через передаточні ланки (зубчасті колеса) з барабаном, яка затискає храпове колесо 4 між буртом шестерні 3 і упором 8 на валу 2 і приводить храпове колесо в обертання разом з валом 2. При цьому собачка 5, яка закріплена на осі 6 в корпусі 7 лебідки, ковзає по тильній стороні зубів храпового колеса 4. При припиненні підйому вантажу і знятті руки працюючого з рукоятки шестерня 3 під дією піднятого вантажу повертається в сторону спуску до моменту зустрічі собачки 5 з найближчим зубом храпового колеса 4, після чого вільне спускання вантажу припиняється.
Мал. 4.2 Лебідки з ручним приводом з автоматичними гальмами
Для опускання вантажу необхідно вимушено обертати вал в бік спуску. При цьому шестерня З переміститься по гвинтовій нарізці валу праворуч, послаблюючи натиск на храпове колесо 4, яке під час опускання вантажу залишається нерухомим.
Вантаж намагається опускатися прискорено. При збільшенні швидкості вище тієї, яку створює обертання рукоятки, шестерня 3 обертається швидше ніж вал рукоятки, тому вона знову переміщується ліворуч і затискує храпове колесо 4. Так як колесо утримується від обертання собачкою, шестерня 3 пригальмовується.
Швидкість наматування канату на барабан лебідки без урахування кількості шарів витків канату на барабані:
де Vр - середня швидкість руху руки працюючого на рукоятці (V «60 м/хв );
Dб - діаметр барабану лебідки;
L - плече рукоятки;
i - передаточне відношення приводу лебідки.
Тягове зусилля в канаті ручної лебідки без урахування кількості шарів витків канату на барабані
де
FР - зусилля на рукоятці від одного працюючого;
z - число працюючих, які обертають вал лебідки;
i - передаточне відношення приводу лебідки;
φ - коефіцієнт одночасності використання зусилля працюючих (0,8 - для двох; 0,7 - для чотирьох працюючих);
η - к.к.д. лебідки (0,7...0,9).
Лебідки з машинним приводом монтуються на рамі (станині) і по способу опускання вантажу діляться на реверсивні з примусовим від двигуна опусканням і нереверсивні (фрикційні) лебідки з вільним спуском вантажу.
Примусове опускання вантажу в режимі двигуна створює умови для безпечної роботи і допускає дистанційне керування лебідкою. Такі лебідки виготовляють на тягове зусилля від 2,5 до 100 кН.
Мал. 4.3 Реверсивна лебідка складається з барабана 1, циліндричного редуктора 2, не розчіпної муфти з замкненим електромагнітним колодочним гальмом 4 і електродвигуна 5.
У нереверсивної лебідки (Мал. 4.3,6) за допомогою керованої фрикційної (частіше конусної) муфти зчеплення 4 допускається вимкнення барабана 6 від зубчастої передачі 3. На барабан лебідки насаджене храпове колесо 7. Для опускання вантажу необхідно рукояткою 9 вимкнути муфту 4, вивести із зачеплення з храповим колесом 7 собачку 8 і вимкнути гальма 5.
Тягове зусилля в канаті приводної лебідки
де
Тб - обертаючий момент на барабані лебідки;
Dб - діаметр барабану;
dк - діаметр канату;
к - кількість шарів витків канату на барабані.
Обертаючий момент на барабані, створюваний двигуном
де
Рдв - потужність двигуна;
η - к.к-д. приводу від двигуна до барабану η=(0,8...0,9);
ω6 - кутова швидкість барабану, рад/с,
пб - частота обертання барабана, об/хв.
Вага вантажу, що піднімається або переміщується
де
S - тягове зусилля в канаті;
т - кратність поліспаста;
ηп - к.к.д. поліспаста.
Підйомником називається вантажопідйомний пристрій, призначений для переміщення вантажів на платформі, в ковші або кабіні, які рухаються по вертикально або похило встановленим направляючим.
Підйомники класифікуються за призначенням (вантажні і вантажо-пасажирські), за способом встановлення (вільно стоячі і приставні), за можливістю переміщення (стаціонарні і пересувні), за конструкцією направляючих (стоячні або щоглові, шахтні), за видом приводного органу (канатні і рейкові).
В нашій країні використовуються канатні підйомники з канатними барабанами або канатоведучими шківами.
У рейкових підйомниках щогли оснащені рейками, вздовж яких котиться платформа з встановленим на ній механізмом підйому з шестернею. Рейковий привід полегшує нарощування підйомника, так як при цьому не потрібно переставляти верхні блоки (або лебідку), але потрібно встановлювати механізм підйому безпосередньо на платформі і забезпечувати до нього струмопідвід. Найбільше розповсюдження отримали щоглові (стоячні), ковшові (скіпові) і шахтні (ліфти) підйомники.
Щогловий підйомник(Мал. 44,а) має одно або двостоячну щоглу 1, встановлену на опорній рамі - полозках 6.
Платформа 4 з кареткою 3 піднімається і опускається канатом реверсивної лебідки 5 з жорсткою кінематичною схемою (в схемі відсутні керовані муфти), переміщуючись роликами-опорами по направляючих стійок щогли. Для запобігання
Мал.4.4 Щоглові підйомники а)щогловий, б)ковшовий
падіння каретки з платформою у випадку обриву канату 12 на каретці встановлений автоматичний уловлювач. Важіль 10 уловлювача тросом 11 з'єднаний з вантажним канатом 12, а пружиною 9- з рамою каретки 3. Пружина 9 намагається повернути важіль 10 і притиснути два ексцентрики 8 до направляючих щогли 1, а трос 11 утримує від притискування їх при натягнутому канаті. При обриві канату 12, натяжіння тросу 11 послаблюється, пружина стискається, повертає ексцентрики 8 навколо осі 7 і притискує їх до стійок щогли, в результаті заклинювання ексцентриків каретка з платформою стопориться в момент обриву канату, запобігаючи падінню платформи. Вантажопідйомність щоглових підйомників 2,6... 10 кН.
Ковшовий (скиповий) підйомник застосовують як самостійний вантажопідйомний пристрій для подачі сипучих матеріалів в бункери або іншу об'ємну тару і як механізм для завантаження бетонозмішувальних і інших машин.
Для поліпшення завантаження ковша 1 (Мал.4.4,б) ковшовий підйомник встановлюється так, щоб ківш знаходився в поглибленні нижче рівня опори. Ківш 1 має опорні катки верхні 6 і нижні 7.
Наповнений ківш піднімають лебідкою 4, канат 2 якої обгинає блок на верхньому кінці рами підйомника і який закріплений на ковші. Направляючі 3 верхніх опорних катків 6 у місцях розвантаження ковша зігнуті, завдяки чому ківш в місці згину направляючих змінює напрям руху і під дією зусилля підйомного канату перевертається і розвантажується. Лебідка приводиться в рух електродвигуном 5.
Найчастіше ємність ковша складає 0,5... 1,0 м3 , висота підйому до 14 м, швидкість підйому до 18 м/хв.
Шахтові підйомники застосовуються для підйому матеріалів на висоту 20... 150 м.,(Мал. 4.5).
Кліть з вантажною площадкою або ківш переміщуються по вертикальним направляючим, встановленим всередині металевої (іноді дерев'яної) ферми - шахти. Вивантажують матеріал через отвори в шахті.
Мал. 4.5 Шахтовий підйомник
Різновидністю шахтових підйомників являються ліфти (пасажирські і вантажні), в яких кабіна переміщується за допомогою канатної лебідки по направляючих всередині шахти. Для запобігання падіння кліток, ковшів, кабін при обриві вантажного канату, шахтові підйомники оснащуються уловлювачами. Паралельно головному канату 1 , прикріпленому через пружинний буфер 2 до верхньої балки 7 кабіни ліфту, по всій висоті шахти натягнуті допоміжні канати 6. По цих канатах ковзають траверси 8 з клинами 5 в отворах, через які проходять канати 6. Клини 5 і важелі 3 і 4 зв'язані з обоймою 9 з'єднувальною тягою 10 з пружиною 2. У випадку обриву канату 1, закріпленого в обоймі 9, пружина 2 звільняється від сили натягу канату і зближує траверсу 8 з балкою 7 кабіни ліфта.
При цьому важелі 4 повертаються, переміщують вверх клини 5, які защімлюють канати 6 і кабіна повисає на цих канатах. При нормальній роботі ліфту пружина 2 стиснута натягнутим канатом 1, клини 5 дещо опущені і не перешкоджають вільному ковзанню траверси 8 по канатах 6.
Для запобігання падіння кабіни ліфту при пошкодженні лебідки підйому встановлюють обмежувачі швидкості, з якими зв'язані механізми уловлювачів. Кабіна 1 кронштейном 2 з'єднана з додатковим безкінечним канатом 3, натягнутим по всій висоті шахти ліфту між шківами 4 і 5. Канат 3 рухається з тією ж швидкістю, що і кабіна; всередині шківа 4 змонтований відцентровий регулятор швидкості. Якщо швидкість кабіни, а отже і канат 3 перевищить допустиму, відцентровий регулятор ввімкне уловлювачі і вимкне двигун лебідки.