Элементы грузоподъемных машин

К рабочим элементам грузоподъемных машин относят узлы и детали, воспринимающие усилия от гибких элементов: блоки, звездочки, грузозахватные устройства, барабаны, тормоза.

Требованияк грузозахватнымустройствам: надежность в работе, минимальная затрата вре­мени для захвата и снятия груза при минимальных затратах ручно­го труда, малая собственная масса и простота конструкции.

Крюки. Это наиболее универсальные грузозахватные приспо­собления. Изготавливают крюки коваными или штампованными из мягкой стали. По конструкции они бывают однорогие и дву­рогие; последние применяют при большой грузоподъемности крана. Способ соединения крюка с гибким элементом подъемно­го механизма зависит от числа канатов, на которых подвешен груз. При одной ветви каната крюк в верхней части вместо хвос­товика имеет кольцо, сквозь которое пропускают конец каната, образуя петлю (рисунок 4.1, а). Для предохранения каната от истира­ния в петлю закладывают фасонное кольцо желобчатого сече­ния — коуш. Присоединить одну ветвь каната к крюку можно также при помощи конической втулки, клинового замка или вертлюга (рисунок 4.1, б).

При подвешивании груза на нескольких ветвях каната крюк со­единяют с канатом при помощи подвески (рисунок 4.1, в). Для защиты блоков подвески от ударов предусматривают кожух. Упорный шариковый подшипник, установленный между гайкой и траверсой, обеспечивает свободное вращение крюка вокруг вер­тикальной оси. В грузоподъемных машинах обычно применяют стандартные крюки, подбирая их по массе поднимаемого груза. Согласно пра­вилам Ростехнадзора, каждый крюк должен иметь клеймо за­вода-изготовителя, паспорт с указанием грузоподъемности и ха­рактеристики материала, из которого он изготовлен. Для подве­шивания штучных грузов применяют также скобы, стропы и клещевые захваты.

а)

Рисунок 4.1-Соединение крюка с канатом посредством:

а — петли; б— вертлюга;

в — крюковой подвески: 1 — крюк; 2 — траверса; 3 - подшипник;

4— гайка;5— шит; 6— блок

Для подъема сыпучих грузов используют грейферы, которые представляют собой саморазгружающиеся и загру­жающиеся захватные приспособления.

Рисунок 4.2 - Грейферы

Блоки. Предназначены для изменения направления тягового элемента. Подразделяют на подвижные и неподвижные. Изготав­ливают из чугуна (литые) и из стали (литые и сварные). На ободе блока имеется специальная канавка для тягового элемента, разме­ры которой определяются диаметром каната или размерами цепи. Диаметр канатных блоков зависит от диаметра каната.

Полиспасты (рисунок 4.3) представляют собой систему подвижных 3, 4 и неподвижных 2 блоков, огибаемых канатом. Полиспасты позволяют уменьшить нагрузку в канатах или увеличить скорость движения груза. Направление движения каната изменяют отклоняющими блоками 1. Полиспасты бывают прямого и обратного действия

Рисунок 4.3 – Схемы полиспастов

В полиспасте прямого действия груз подвешен на i - ветвях гиб­кого элемента. Тяговое усилие, приложенное к свободному концу гибкого элемента, без учета сил сопротивления в блоках

При этом скорость каната V_k и скорость V_Г перемещения груза связаны зависимостью

Величину i называют кратностью полиспаста. Поли­спаст простого действия широко применяют в ГПМ.

Полиспаст обратного действия предназначен для выигрыша в ско­рости. В этом случае груз подвешен к свободному концу каната, тяговое усилие F приложено к оси подвижных блоков. Этот тип полиспастов применяют в гидравлических подъемниках, когда в результате проигрыша в силе стремятся уменьшить ход поршня.

При непосредственном подвешивании грузов к канату, а также в одинарных полиспастах прямого действия канат, перемещаясь на вращающемся барабане, создает изменяющиеся давления на его опоры. Это вызывает неравномерную нагрузку на опоры. Кроме того, при наматывании каната на бара­бан груз перемещается не строго вертикально, а получает горизон­тальное движение, что обусловливает его раскачивание.

Эти недостатки устраняются при использовании сдвоенного полиспаста (см. рисунок 2, в). Для выравнивания натяжения обеих ветвей канат огибает уравнительный блок 1, который поворачива­ется только в момент, когда необходимо выравнять усилия в обеих ветвях каната.

Сдвоенный полиспаст следует рассматривать как два независи­мых одинарных полиспаста с нагрузкой на каждый, считая, что уравнительный блок является как бы местом закрепления кон­цов каната. Недостаток сдвоенного полиспаста — вдвое меньше выигрыш в силе натяжения каната.

Рисунок 4.4 - Сдвоенные полиспасты:

а — на восьми несущих ветвях каната; б — на десяти несущих ветвях каната.

Натяжение ветвей каната полиспаста, на которых подвешен груз, в момент подъема неодинаково из-за сопротивлений, возни­кающих в блоках полиспаста. При подъеме груза в случае приме­нения одинарного полиспаста натяжение (Н) в последней ветви каната

Барабаны.Предназначены для наматывания гибкого тягового элемента (каната или цепи). Изготавливают их, как и блоки, из чугуна (литые) и стали (литые и сварные).

Для снижения удельного давления между канатом и барабаном и предотвращения трения каната о соседний виток на поверхнос­ти барабана делают винтовые канавки с шагом t= d_К + (2...3) мм. Если на барабан наматывается одна ветвь (одинарный полиспаст), он имеет канавки только одного направления. При двух ветвях (сдвоенный полиспаст) канавки выполняют правого и левого на­правления.

Длина барабана, определяющая его канатоемкость, согласно правилам Госгортехнадзора должна быть такой, чтобы при низ­шем расположении грузозахватного элемента (крюка и т. п.) на барабане оставались навитыми не менее 1,5 витка каната или цепи, не считая витков, находящихся под зажимным устройством.

Рисунок 4.5- Профиль канавок барабана

Остановочные и тормозные устройства.Применяют для обес­печения надежной и безопасной работы грузоподъемных ма­шин.

Остановы. Служат для удерживания груза на весу. Бывают двух типов: храповые и фрикционные. Последние подразделяют на клиновые (кулачковые) и роликовые.

Тормоза. Предназначены для регулирования скорости опуска­ния груза и удержания его на весу, а также для остановки и удер­жания в заторможенном состоянии механизмов грузоподъемных машин.

Тормоза подразделяют:

• в зависимости от назначения: на стопорные, служащие для полной остановки механизмов; спускные, ограничивающие ско­рость опускания груза, комбинированные, выполняющие те и другие функции;

• по способу управления: на управляемые и автоматические, включение которых производится под воздействием центробеж­ных сил или силы тяжести поднимаемого груза;

• по характеру работы: на нормально замкнутые (заторможен­ные при выключенном механизме) и нормально разомкнутые.

Тормоза должны быть надежными, безотказными в работе, дол­говечными, обеспечивать плавность торможения при бесшумной работе, иметь минимальные габариты.

Типы ГПМ

Рисунок 4.6

Домкраты

Применяются для подъема грузов на небольшую высоту при выполнении монтажных работ. Домкрат устанавливают под грузом и упирают в него выдвижной частью. Высота рабочего хода домкрата невелика, поэтому подъем груза на высоту, превышающую ход домкрата, производят в несколько приемов. В этих случаях под груз подкладывают отдельные брусья или доски. Скорость подъема домкратами незначительна.

Домкраты выпускаются с различной грузоподъемностью - от 0.5 до 300 т и в большинстве своем имеют ручной привод.

По конструкции домкраты разделяются на реечные (рис.1), винтовые (рис.2) и гидравлические (рис.3).

Реечный домкрат

Состоит из корпуса 1 (рис. 4.7), в котором по направляющим перемещается рейка 2, имеющая поворотную головку 3 и лапу 4, Рейка с грузом поднимается или опускается вращением рукоятки 5 через зубчатые передачи 6. Для безопасной работы домкрат оборудован грузоупорным тормозом, который действует следующим образом. Вал 7 и зубчатое колесо 8 имеют винтовую нарезку. Между торцевыми поверхностями втулки и рукоятки расположено храповое колесо 9 с собачкой. При подъеме груза рукоятка перемещается по резьбе влево, заклинивает храповое колесо и через зубчатую передачу выдвигает рейку вверх, поднимая груз. По окончании подъема груза вал рукоятки фиксируется собачкой храпового колеса, препятствующей вращению вала в обратную сторону. При опускании груза рукоятка вращается в обратную сторону и одновременно перемещается по резьбе вправо, освобождая храповое колесо. Под действием момента от силы тяжести груза через зубчатую передачу втулка зубчатого колеса ввинчивается в рукоятку, зажимает храповое колесо и препятствует свободному падению груза.

Рисунок 4.7 - Реечный домкрат: а - общий вид; б - грузоупорный тормоз.

Процесс опускания груза состоит из чередующихся падений и остановок. В отрегулированном тормозе (минимальном зазоре между храповиком и рукояткой) неравномерность опускания груза практически не ощущается. Усилие Р .на рукоятке при подъеме груза 0(Н) определяется из уравнения моментов относительно оси шестерни, связанной с рейкой:

где - диаметр начальной окружности шестерни, м; - длина рукоятки, м; -общее передаточное число зубчатой передачи; = 0,65 .0.85 - КПД передачи.

При ручном приводе и кратковременной работе усилие на рукоятке допускается не более 200 Н, а при непрерывной - не более 80 Н. Грузоподъемность реечных домкратов - до 6 т., высота подъема - до 0,6 м.

Винтовой домкрат

Он состоит из корпуса 1 (рисунок 4.8) с бронзовой гайкой 8, винта 2 с прямоугольной или трапецеидальной резьбой, грузовой головки 3 и рукоятки 6 с трещоткой. Рукоятка свободно надета на круглую часть винта. Трещотка представляет собой колесо 4 с зубьями, надетое на квадратную часть винта, и собачку 7, В зависимости от направления винта собачку поворачивают на оси 5 в одно из крайних положений, где собачка удерживается стопором 9 с пружиной 10. Винтовые домкраты не требуют дополнительных устройств для удержания груза, так как винтовая пара (винт - гайка) - самотормозящаяся. В самотормозящихся передачах( угол подъёма винтовой линии К меньше угла трения р) (обычно 4 .6). Это одновременно является и недостатком таких передач, так как у них КПД всегда меньше 0,5. Грузоподъёмность винтовых домкратов - до 50 т., высота подъёма до 0,35 м. При грузоподъёмности более 20 т. усилие на рукоятке становится значительным и поэтому рукоятка с трещоткой заменяется червячной передачей, а ручной привод - машинным.

Усилие Р (Н) на рукоятке при ручном вращении винта, нагруженного силой Q(H) при среднем радиусе винта г, длине рукоятки R и КПД домкрата определяется из выражения:

Рисунок 4.8

Гидравлический домкрат

Домкрат (рисунок 4.9) состоит из цилиндра 6, являющегося одновременно его корпусом, поршня 5, насоса 1, всасывающего 3, нагнетательного 4 и спускного 7 клапанов. При ручном приводе насос и бак 2 с жидкостью объединены с корпусом домкрата.

Рабочей жидкостью служит минеральное масло или незамерзающая смесь (вода, смешанная со спиртом или глицерином). Рукояткой 8 плунжеру насоса сообщается возвратно — поступательное движение. При движении плунжера вправо цилиндр насоса через всасывающий клапан заполняется жидкостью, а при движении влево жидкость под давлением через нагнетательный клапан поступает под поршень основного цилиндра.

Усилие на рукоятке (Р), необходимое для подъёма груза Q (рисунок 4.9, а). Из формулы следует, что выигрыш в силе пропорционален соотношению квадратов диаметров поршней и плеч рукоятки. Гидравлические домкраты с ручным приводом имеют грузоподъемность до 200 т., и высоту подъема до 0,18 - 0.2 м. При машинном приводе жидкость в цилиндр домкрата подается от отдельного гидравлического насоса, а грузоподъемность одиночного домкрата может достигать 500 т. при машинном приводе несколько домкратов могут быть приведены в действие от одной насосной станции и осуществлять подъем крупных сооружений.

Для натяжения стержней или канатов при монтаже предварительно напряженных конструкций применяют тянущие домкраты (рисунок 4.9, б). Такой домкрат состоит из цилиндра 11, штока 10 с поршнем 12, стоики 13 и упорной плиты 14. на конце штока имеется гайка 9 для соединения его со стержнем. Домкрат закрепляют в стойке, служащей упором. При подаче масла в домкрат шток вместе с поршнем перемещается, производя натяжение стержня. Тянущие домкраты развивают усилие 630 и 1000 кН при ходе штока 315 и 400 мм., и работают от насосной станции с рабочим давлением 40 МПа.

Рисунок 4.9 - Гидравлический домкрат: а - с ручным приводом; б - тянущий для натяжения стержней

Таль– это ГПМ, смонтированная в одном корпусе с приводом. Привод – ручной, электрический или пневматический.

Таль с ручным приводом подвешивают к опоре на крюк. Привод тали – от бесконечной сварной цепи, соединённой с приводным колесом. Тяговый орган – пластинчатая или сварная цепь. Q = 0, 25-0,5 т.

Электроталь (рисунок 4.10) подвешивается к тележкам с ручным или электроприводом, может управляться рабочим снизу или из кабины управления.

Q = 0, 25-15 т.

Эл.таль, прикреплённая к тележке с механическим приводом, называется тельфер (рисунок 3). Ходовыми колёсами тележка тельфера опирается на нижнюю полку двутавровой балки.

Рисунок 4.10 - Электрическая таль с тяга­чом:

а — тягач; б — таль

Рисунок 4.11 - Тельфер

Краны

Это машины циклического действия, предназначенные подъёма и перемещения груза в пространстве, подвешенного с помощью крюка или удерживаемого другим грузозахватным органом (рисунок 4.12).

Классификация кранов:

а) по конструкции:

1. мостового типа – мостовой, козловой, полукозловой;

2. кабельного типа – кабельный, кабельно – мостовой;

3. стрелового типа – стреловой, башенный, консольный.

К консольным кранам относятся консольные на колонне, настенные и велосипедные краны.

б) по виду грузозахватного органа: крюковые, грейферные, магнитные, краны-штабелёры;

в) по возможности перемещения: стационарные, переставные, передвижные, самоподъёмные;

г) по способу опирания: опорные и подвесные;

д) по степени поворота: поворотный, неповоротный.

Привод крана может быть ручной, механический, электрический (чаще всего) и гидравлический.

Рисунок 4.12

Кран мостовой.Применяется для обслуживания цехов и складов производственных и ремонтных предприятий. Представляет собой конструкцию из мостовых балок, передвигающуюся по уложенным на колоннам цеха подкрановым путям. Мостовые краны бывают с ручным и электроприводом, однобалочные и двухбалочные, подвесные и опорные. Кран имеет мост с механизмом передвижения и тележку с механизмом передвижения и подъёма. Механизмы мостового крана обеспечивают три движения: подъём груза, передвижение тележки и передвижение моста. Механизм подъёма – это лебедка. Используются захваты: крюковые, грейферные и магнитные. Грузоподъёмность – до 500 т.

Козловые краны применяются на открытых площадках звеносборочных баз, погрузочных площадках дистанций пути, шпалопропиточных заводах для погрузки, выгрузки и транспортирования в пределах площадки различных материалов.

Независимо от конструкции козловой кран (рисунок 4.13) состоит из моста в виде фермы 1 (балка, труба), опирающейся через опоры 2 с тележками 3 на подкрановые пути. На мосту козлового крана установлена и может перемещаться по нему крановая тележка 4 или тельфер, оснащенные грузоподъемным механизмом, к которому подвешивается груз 5.

Мост (ферма) козлового крана может иметь одну или две консоли, но может быть и без них. В связи с этим краны разделяются на консольные и бесконсольные. Кабина управления краном размещается на опорах или ферме, что обеспечивает крановщику хороший обзор.

К основным параметрам козлового крана относятся: грузоподъемность Q, пролет L, т. е. расстояние по горизонтали между осями подкрановых путей; длина консоли L_к — расстояние между осью рельса подкранового пути и центром зева крюка грузоподъемного механизма, находящегося в крайнем положении; максимальная высота подъема крюка Я. Скорость подъема груза козловыми кранами находится в пределах 8—16 м/мин, а скорость передвижения крана— 20—100 м/мин.

Козловые краны пролетом 32 м и выше называют перегрузочными мостами. Они предназначены для обслуживания больших площадей, например открытых складов сыпучих грузов. Козловой кран обслуживает площадь, ограниченную пролетом моста, консолями и длиной подкранового пути. Пролет козлового крана может перекрывать два и более железнодорожных пути.

Рисунок 4.13 – Схема козлового крана

ВЕЛОСИПЕДНЫЙкран (рисунок 4.14)- стреловой поворотный подъемный кран на колонне, которая установлена на 2-4-колесных тележках, перемещаемых по одному рельсу. Верхняя часть колонны удерживается роликами в двух балках. Велосипедный кран предназначен для подъёма и горизонтального перемещения грузов. Используется для механизации грузоподъёмных и погрузочно-разгрузочных работ в производственных цехах и закрытых складах. Грузоподъемность до 10 т, вылет стрелы 3-7 м, привод электрический.

Рисунок 4.14 - Велосипедный кран:

1 - тележка; 2 - колонна; 3 - стрела; 4 - потолочная балка; 5 - верхний ролик

Кран кабельный

Выполнен в виде расчлененных мачт или башен, между которыми натянут стальной канат, называемый несущим. По нему тяговым канатом передвигается тележка с механизмом подъёма. Тяговая и подъёмная лебёдки обычно с индивидуальным электроприводом, размещенным в одной из башен. Кабельные краны применяются на складах сыпучих материалов и как монтажное оборудование при строительстве на сильно пересеченной местности или при необходимости преодоления водного пространства или ущелья. Используются захваты: крюковые, грейферные.

Опоры стационарных кабельных кранов устанавливаются на фундаментах. Рельсовые пути для опор передвижных кранов выполняют в виде эстакад

Типы кабельных кранов в зависимости от способа установки:

1. стационарные,у которых обе башни неподвижны и поддерживаются в рабочем положении главными и боковыми вантами. Краны G≤5 т используются для реконструкции складов и цехов. Краны G=5-15 т – для монтажа тяжелых конструкций

2. качающиеся– обе башни могут быть наклонены под углом до 8°. Этот наклон образуется изменением длин боковых вант при помощи ручных лебедок. Такие краны обслуживают рабочую зону в виде прямоугольника.

3. передвижные– обе башни расположенына ходовых тележках, передвигающихся по ходовым путям.

4. радиальные.- одна из башен крана неподвижна, а вторая передвигается по дуге окружности. Кран обслуживает площадь сектора круга.

Грузоподъёмность кабельных кранов – до 15 т. Средний пролет 250-400 м. Высота подъёма зависит от рельефа местности и габаритов обслуживаемого сооружения (рисунок 4.15).

Рисунок 4.15 - Кран кабельный

Портальный кран

Это свободно стоящий полноповоротный кран стрелового типа, опирающийся на жесткий, передвигающийся по рельсам П-образный помост (портал). Портал представляет собой пространственную жесткую раму, которая может перекрывать железнодорожные пути, обеспечивая свободный пропуск подвижного состава. Высота портала до 10 м (рисунок 4.16).

Наверху портала установлен цевочный барабан, несущий круговой рельс. По рельсу катятся заключенные в сепаратор катки. На катки опирается поворотная рама, которая является основной несущей конструкцией всей поворотной части крана. К задней части рамы подвешен неподвижный противовес, уравновешивающий поворотную часть.

Классификация портальных кранов по назначению:

1. портовые– для погрузо-разгрузочных работ;

2. судостроительные и судоремонтные– устанавливаются на набережных и плавучих доках;

3. строительные портальные– для механизации строительных работ.

Рисунок 4.16 - Портальный кран

РОБОТЫ И МАНИПУЛЯТОРЫ

Промышленные роботы (ПР) представляют собой универсальное средство автоматизации производственных процессов. ПР - это авто­мат для выполнения действий по соответствующей программе. Они успешно применяются в различных сферах производства.

4.5.1. Область применения робототехнических устройств и требования, предъявляемые к ним

Основной задачей, возлагаемой на промышленные роботы (ПР) при автоматизации транспортно-складских работ, является обеспечение связи между транспортными потоками и технологическими опера­циями; основными же источниками экономической эффективности является повышение производительности технологического обору­дования, обслуживаемого ПР, или производительности труда на ряде вспомогательных операций: загрузке, выгрузке, транспортирова­нии и т.п.

Так, например, при мелкосерийном и индивидуальном произ­водстве применение промышленных роботов (ПР) и манипуляторов (М) с автоматическим управлением часто экономически нецелесообразно, выгоднее применять М с ручным управлением. На складах роботы и манипуляторы могут эффективно использоваться при загрузке и разгрузке ячеек стеллажей, различных транспортных средств, штабе­лировании, укладке грузов в тару и т. п. Робототехнические устройст­ва, оснащенные дистанционным управлением и микропроцессорной техникой, дают наибольший эффект при пакетных перевозках.