Конструкция вышки ножничного типа

Устройство конструкции

Металлическая конструкция вышки ножничного типа представляет собой пространственный ножничный меха­низм 1,2, на котором установлена платформа 3 (рис. 17.23, а, б). Механизм приводится в движение одним или несколь­кими гидроцилиндрами 4. Это подъемное устройство мо­жет быть установлено стационарно на фундаменте 5 или на специальном шасси с приводом передвижения. Разме­ры ножничного механизма должны быть такими, чтобы он не выходил за пределы платформы в плане. Гидроци- линдрьх размещены внутри ножничного механизма и при­креплены к внутренним рычагам. Насосная станция стоит вблизи вышки, если она стационарная, или на ходовой раме. Необходимость компактного размещения гидроцилиндров приводит к тому, что их ход получается меньше высоты подъема платформы. При этом, естественно, усилие, кото­рое должен развивать гидроцилиндр, получается значи­тельно больше веса груза, что существенно нагружает шарниры механизма.

Для обеспечения пространственной жесткости конструк­ции внутренние рычаги ножничного механизма (В1 и В2, рис. 17.24, а, 17.26) выполняют в виде жестких рам с

Рис. 17.24. Схемы действия сил на рычаги ножничного механизма

Рис. 17.23.Схемы к расчету ножничной вышки

поперечинами. Внешние рычаги (А1 и А2) могут быть сде­ланы в виде отдельных стержней или также соединены поперечинами. Элементы рычажной системы изготавли­вают из труб прямоугольного сечения.

Особенности расчета

Рассмотрим аналитический расчет ножничного механизма вышки грузоподъемностью Q,с высотой подъема Н, которая передвигается по основанию с уклоном . Размеры платформы в плане Lи В, масса платформы . Вы­сота центра тяжести груза над полом платформы ,сме­щение его относительно центра платформы в наиболее не­благоприятном положение составляет uLи vB(и и vбезразмерные коэффициенты, обычно равные 0,1-0,2) (рис. 17.23). Механизм передвижения обеспечивает разгон и торможение вышки при любом положении платформы с ускорением не более wпри движении по направлению оси х. Инерционные силы при подъеме и опускании плат­формы весьма малы и могут не учитываться. Вышка не предназначена для интенсивной работы, поэтому расчет на сопротивление усталости не предусмотрен.

Таким образом, для расчета элементов конструкции есть только одна расчетная комбинация: разгон или торможе­ние вышки с грузом, при его максимальном допустимомсмещении в неблагоприятную сторону и наибольшем до­пустимом уклоне основания. При этом на платформу дей­ствуют силы (принято ):

в центре платформы

в центре тяжести груза

Пространственный ножничный механизм состоит из двух ветвей 1 и 2 (рис. 17.23). Аналитический расчет выпол­ним для одной ветви. На одну наиболее нагруженную

Верхние опорные шарниры более нагруженной ветви ножничного механизма загружаются силами

которые и станут для него расчетными нагрузками. Здесь .

Ножничный механизм является трансформируемой кон­струкцией, поэтому его статическую схему следует рассмат­ривать в нескольких положениях, чтобы выявить наиболь­шие усилия в расчетных элементах. Рассмотрим плоскую модель ножничного механизма, которая состоит из пяти стержней (включая гидроцилиндр). Она является стати­чески определимой, так как (2.2)

Следовательно, все внутренние усилия в конструкции находятся из условий равновесия. Поскольку гидроцилиндрсчитаем двухшарнирным стержнем, загруженным только продольным усилием, всего имеются 12 неизвестных уси­лий: силы взаимодействия стержней в шарнирах ,усилие в гидроцилиндреТ и опор­ные реакции .Для их вычисления составим 12 уравнений равновесия для четырех рычагов (рис. 17.24). Они имеют вид:

В этих уравнениях обозначено:

Систему линейных уравнений удобно решать в среде Mathcad, записав в матричной форме (см. п. 4.2.2). Такое решение позволяет построить графики зависимости внут­ренних сил от угла наклона рычагов и оценить влияние геометрических параметров конструкции на их значения.

Рис. 17.25. Графики зависимости сил, действующих в механизме, от угла

поворота рычагов; а — усилие в гидроцилиндре:

— изгибающие моменты в рычагах:

В данном примере: . Из конструк­тивных соображений принята длина рычагов . При заданной схеме ножничного механизма требуемая высота подъема будет обеспечена при повороте рычагов на угол = 50°. Перегрузка гидроцилиндра, возникающая при ма­лых углах (рис. 17.25, а), оказывается тем меньше, чем большие значения имеют размеры . Однако из условий размещения гидроцилиндра для данной конструк­ции принято: (кривая 3).

Изгибающие моменты в сечениях рычагов вычисляют­ся как:

рычаг А1, сечение С:

рычаг А2, сечение С:

рычаг В1, сечение С:

Рис. 17.26. Общий вид ножничной вышки

рычаг В1 сечение D:

рычаг В2, сечение С:

рычаг В2 сечение D:

В данном примере наибольший изгибающий момент, рав­ный возникает в рычаге В1, в сечении Dпри мини­мальных углах наклона рычагов (рис. 17.25, б). При этом положении гидроцилиндр также создает максимальное уси­лие 106 кН (рис. 17.25, а, кривая 3). Эти значения следует использовать для расчета рычагов на прочность. Если на платформу вышки действуют значительные поперечные нагрузки (сила или крутящий момент ), то загруже- ние становится существенно несимметричным и расчет сле­дует вести МКЭ по пространственной модели. При этом внеш­ние рычаги также должны иметь жесткие связи, т. е. быть выполнены в виде рам, охватывающих внутренние рычаги. Кроме того, необходимо проверить устойчивость вышки при максимальной высоте подъема груза. Пример реализации ножничной конструкции показан на рис. 17.26. Основание и подъемная платформа не показаны.