/
Текст
ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНЫЕ МАШИНЬ
А С. ФИДЕЛЕВ
ПОДЪЕМНО-трэнспортные машины
А. С. ФИДЕЛЕВ,
доктор технических наук профессор
ПОДЪЕМНОТРАНСПОРТНЫЕ МАШИНЫ
ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ, ИСПРАВЛЕННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ
Допущено Министерством высшего и среднего специального образования УССР в качестве учебника для студентов вузов специальности «Производство строительных
изделий и конструкций»
THORNado
ИЗДАТЕЛЬСКОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ «ВИЩА ШКОЛА»
ГОЛОВНОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО КИ ЕВ— 1 976
УДК 69.057.7:629
6П5.6
Ф50
Подъемно-транспортные машины. ФиделевА. С. Издательское объединение «Вища школа», 1975, с. 220.
В учебнике описаны современные конструкции грузоподъемных, транспортирующих и погрузочно-разгрузочных машин, приведены расчеты производительности этих машин и параметров основных механизмов, рассмотрены условия применения подъемно-транспортного оборудования при комплексной механизации и автоматизации технологических процессов на заводах стройиндустрий и комбинатах крупного домостроения.
В основу книги положен курс лекций, читаемый автором в Киевском инженерно-строительном институте.
Учебник предназначен1 для студентов инженерностроительных институтов и факультетов по специальности «Производство строительных изделий и конструкций»; может служить учебным пособием по специальности «Автоматизация и комплексная механизация строительного производства», а также будет полезен инженерно-техническим работникам в строительстве и на заводах стройиндустрии.
Табл. 5. Ил. 186. Библиогр. 14.
Редакция литературы по строительству, архитектуре и коммунальному хозяйству
Зав. редакцией В. В. Гаркуша
30207—022
М211 (04) —76
59—76
С) Издательское объединение «Вища школа», 1976.
ВВЕДЕНИЕ
£ис. 1. Схема грузопотоков в бетоносмесительном цехе.
Роль подъемно-транспортной техники в строительной индустрии. Строительное производство в СССР основывается на использовании крупноразмерных элементов и узлов, изготовленных на заводах. В нашей стране насчитывается более 400 крупных предприятий по производству сборного железобетона общей мощностью свыше 80 млн. м3 в год. Успешное развитие получает специализированная отрасль производства железобетонных конструкций — заводы и комбинаты крупнопанельного домостроения.
В соответствии с решениями партии и правительства, в строительстве, как и во всех других отраслях народного хозяйства, рост производства предусматривается главным образом в результате повышения производительности труда без существенного увеличения численности работников. В связи с этим перед советскими строителями-технологами стоят задачи дальнейшего развития и совершенствования как монтажных работ на возводимых объектах, так и технологических процессов на заводах стройиндустрии.
Подъемно-транспортные машины играют большую роль в техно
логическом процессе предприятий стройиндустрии, где приходится перемещать материалов, как правило, в 10—12 раз больше, чем готовой продукции.
Для наглядности движение грузов представляют в виде схемы грузопотоков (рис. 1), которую наносят на ситуационный плац завода или цеха. Ширина полос в масштабе соответствует массе грузов, а цвет или штриховка обозначает перевозимые грузы. Например, на рис. 1 различной штриховкой показаны, цемент, вода, заполнители, добавки и бетонная смесь.
3
Характеристика курса. Задачи курса «Подъемно-транспортные машины» заключаются в том, чтобы студенты изучили современные конструкции машин, научились рассчитывать их производительность и параметры основных механизмов, рационально применять их для комплексной механизации и автоматизации технологических процессов на заводах строительных изделий и домостроительных комбинатах. Изучение этого курса основывается на знании студентами общеинженерных дисциплин: теоретической механики, сопротивления материалов, гидравлики, электро-и теплотехники, технологии материалов, деталей машин, теории машин и механизмов.
Курс охватывает три основные группы машин: грузоподъемные, погрузочно-разгрузочные и транспортирующие машины непрерывного действия. Продолжением курса является дисциплина «Механическое оборудование заводов стройиндустрии».
Развитие отечественной подъемно-транспортной техники. До Великой Октябрьской социалистической революции подъемно-транспортное машиностроение в России развивалось крайне слабо. Заводы, выпускавшие транспортные механизмы, ограничивались изготовлением кранов по иностранным образцам. Однако сохранились сведения об интересных технических решениях по механизации подъемно-транспортных работ в дореволюционной России.
Так, около 200 лет назад оригинальным способом был доставлен в Петербург громадный гранитный цоколь массой 1 000 т для памятника Петру I. Скалу перемещали на деревянных брусьях с желобами, внутри которых находились большие бронзовые шары — подобие шариковых подшипников.
К этому периоду (вторая половина XVIII в.) относятся первые данные об отечественных изобретениях в области транспортирующих машин. Позднее, в 1861г., А. Лопатин изобрел транспортную машину. «Песковоз» Лопатина имел все основные части современного ленточного конвейера: привод, ленту, приводной и натяжной барабаны, раму, поддерживающие ролики и др. Этот первый в мире ленточный конвейер был предназначен для перемещения золотосодержащего песка к машинам, а отмытых песков — в отвал.
Начало научной работы по подъемно-транспортному машиностроению в России было положено проф. И. А. Вышнеградским, выпустившим в 1872 г. «Курс подъемных машин». Придавая этому курсу большое значение, Вышнеградский говорил, что «... кто умеет строить краны, тот сумеет любую машину построить». В конце XIX и начале XX вв. научная литература по подъемно-транспортным машинам обогатилась рядом работ профессоров Н. П. Петро-1 ва, А. М. Самуся, М. Н. Берлова, Л. 3. Ратновского и др.
Полного развития эта отрасль науки достигла только после революции. Вышли в свет капитальные труды чл.-корр. АН СССР А. О. Спиваковского, академика АН УССР Н. С. Полякова, профессоров К. В. Алферова, А. А. Долголенко, П. С. Козьмина, И. Г. Штокмана по машинам непрерывного транспорта, профессо
4
ров И., И. Абрамовича, А. И. Дукельского, Н. Н. Емцова, Л. Г. Кифера и Н. Ф. Руденко по грузоподъемно-транспортной технике.
Большую роль в развитии подъемно-транспортной техники сыграли труды Всесоюзного научно-исследовательского института подъемно-транспортного машиностроения (ВНИИПТмаш), Всесоюзного научно-исследовательского института строительного и дорожного машиностроения (ВНИИстройдормаш), института «Пром-стальконструкция» и многих других исследовательских и проектных организаций.
Широкий размах приобрело отечественное подъемно-транспортное машиностроение. Крупнейшими базами его являются завод им. Кирова в Ленинграде, Харьковский завод подъемно-транспортного оборудования им. Ленина, завод им. Январского восстания в Одессе и др.
С 1940 по 1975 г. количество кранов в строительной индустрии увеличилось в 138 раз. Одновременно с увеличением количества подъемно-транспортных машин непрерывно совершенствуется их конструкция. Специально для строительной индустрии серийно выпускаются передвижные полноповоротные самомонтирующиеся башенные краны решетчатой и трубчатой конструкции, самоходные краны на гусеничном и пневмоколесном ходу, строительные подъемники для различных строительных материалов, лебедки для подъемно-транспортных операций, конвейеры стационарные и передвижные, разнообразные погрузочные и разгрузочные машины*.
Лучшим образцам грузоподъемных и транспортных машин должны быть свойственны следующие качества:
надежность, выражаемая отношением фактического времени исправной работы машины между ремонтами к запланированному времени;
долговечность, т. е. безотказная работа в нормальных условиях эксплуатации (при выполнении всех плановых ремонтов) без разрушения машины от износа до установленного срока погашения ее стоимости;
минимальная металлоемкость, что достигается рациональным проектированием и применением высококачественных сортов металла;
простота конструкции и удобство управления;
минимальный удельный расход энергии;
удобство ремонта, т. е. простота монтажа и демонтажа при замене деталей и узлов;
широкое внедрение автоматики как средства, облегчающего труд и повышающего эффективность работы машин.
При конструировании и изготовлении машин особо важное значение имеют их стандартизация и унификация. На главные параметры всех основных видов подъемно-транспортных машин (грузо
* Технические характеристики этих машин и сведения о заводах-изготовителях см. в журн. «Строительные и дорожные машины», 1973, № 2 и 4.
5
подъемность, габариты, предельные веса и т. п.) разработаны государственные стандарты (ГОСТ). Благодаря этому возможна унификация машин, т.е. уменьшение как их типоразмеров (моделей), так и разнообразия их узлов и деталей (так называемая нормализация). Стандартизация, унификация и нормализация повышают качество машин, облегчают их эксплуатацию и ремонт.
Наряду с изучением отечественных машин для внедрения новой техники важно ознакомиться с зарубежными конструкциями. Однако следует иметь в виду, что в ряде источников, опубликованных в капиталистических странах, многие положения излагаются тенденциозно, без указания выявленных эксплуатационных недостатков.
Строители-технологи обязаны обеспечить нормальные условия работы на производстве, правильную эксплуатацию и систематический ремонт оборудования. Они должны не только изучать эксплуатационные особенности машин, но и принимать творческое участие в улучшении их конструкций, в создании новых типов машин, памятуя, что непрерывное совершенствование социалистического производства на базе новой техники является первейшей обязанностью советского инженера.
Вопросы для самопроверки
1. Какова роль подъемно-транспортных машин в развитии строительной индустрии СССР?
2. В чем состоят задачи курса «Подъемно-транспортные машины» и какие группы машин в нем изучаются?
3. Каким требованиям должны удовлетворять грузоподъемные и транспортные машины?
ГЛАВА I
ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ МАШИНЫ
§ 1. Общие сведения
Классификация грузоподъемных машин. Каждая машина представляет собой механизм или комплекс механизмов, сконструированный для выполнения полезной работы. Механизм — это кинематическая цепь элементов (деталей и узлов), предназначенная для совершения определенных целесообразных движений.
Различают машины-двигатели, которые преобразуют энергию в механическую работу, и рабочие машины, преобразующие механическую работу, полученную от двигателя, в работу по выполнению технологических операций. Грузоподъемные машины являются рабочими машинами.
Используемые на заводах строительных изделий и на строительных плошадках грузоподъемные машины в зависимости от их конструкции и назначения можно разделить на две группы: простые машины и краны (рис. 2).
Простые машины:
домкраты — для подъема груза на небольшую высоту;
тали и тельферы — для подъема груза и его перемещения по линии рельса;
лебедки — для подъема или подтягивания груза; они также входят в состав более сложных машин;
строительные подъемники — для подъема груза на платформе, движущейся по направляющим.
Краны:
мачтово-стреловые стационарные краны — для погрузочно-разгрузочных и монтажных работ в пределах площади, охватываемой стрелой;
стационарные поворотные краны — для обслуживания отдельных рабочих мест в цехах;
башенные краны — для перемещения грузов и монтажа конструкций в зоне, обслуживаемой стрелой и рельсовыми путями, и на большой высоте;
портальные строительные краны — для погрузочно-разгрузочных работ и горизонтального перемещения груза в зоне рельсовых путей;
самоходные стреловые краны — для погрузочно-разгрузочных и монтажных работ в зоне любой конфигурации;
мостовые краны — для перемещения груза в пределах площади прямоугольника (цеха);
7
козловые краны — для перемещения груза также в пределах прямоугольника (используются на складах и для монтажных работ);
кабельные краны — для перемещения грузов и монтажа конструкций в зоне несущего каната, натянутого между двумя опора-
ми.
Простые машины обеспечивают в основном вертикальное перемещение грузов и поэтому состоят только из механизма подъема (кроме тельфера, имеющего также механизм для горизонтального передвижения). Краны перемещают грузы в вертикальном и горизонтальном направлениях, поэтому, кроме механизма подъема, они снабжены механизмами поворота стрелы (башни), горизонтального передвижения груза, изменения вылета стрелы и передвижения крана.
Основными характеристиками грузоподъемной машины служат ее номинальная (расчетная) грузоподъемность Q и высота подъема
Рис. 2. Виды грузоподъемных машин (стрелками указано возможное перемещение груза):
а — простая машина для подъема (отроительный подъемник); б— кран (стреловой на пневмоколесном ходу).
Н. Краны стреловые, портальные и башенные, кроме того, характеризуются вылетом стрелы R, т.е. расстоянием от оси вращения крана до оси груза, а краны мостового типа — пролетом L, т. е. расстоянием между опорами моста.
Производительность грузоподъемной машины зависит как от высоты подъема и вылета стрелы (пролета), так и от скоростей подъема груза, передвижения машины и поворота стрелы.
Краны иногда дополнительно характеризуют удельной металлоемкостью, т.е. отношением веса крана G к произведению грузоподъемности на вылет стрелы или на пролет крана а также удель
8
ной энергоемкостью , где N — мощность двигателей, установленных на кране; П — производительность крана.
Из двух одинаковых по типу кранов при равных показателях (производительность, грузоподъемность, высота подъема, надежность, долговечность и т. п.) лучше тот, у которого меньше удельные металлоемкость и энергоемкость.
Условия работы грузоподъемных машин. При нарушении правил эксплуатации грузоподъемных машин создается опасность для людей. Коммунистическая партия и Советское правительство уделяют большое внимание оздоровлению труда и его безопасности. Еще в мае 1918 г. В. И. Ленин подписал декрет «Об инспекции труда», а в конце 1918 г. был утвержден первый советский Кодекс законов о труде. В социалистической промышленности облегчение и оздоровление условий труда, устранение причин травматизма и заболеваемости рабочих рассматривается как государственная задача.
На всех предприятиях работа по технике безопасности возложена на главных инженеров, которые руководят специальными бюро или отдельными выделенными для этого работниками.
Изготовление и эксплуатация грузоподъемных машин регламентируется «Правилами устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов». Контроль за выполнением этих правил возложен на органы Госгортехнадзора СССР — Государственного Комитета по надзору за безопасным ведением работ в промышленности и горному надзору при Совете Министров СССР.
Производительность. Работа грузоподъемных машин совершается по определенному циклу, который слагается из подвешивания или захвата груза, рабочего хода (подъем, перемещение в горизонтальной плоскости и опускание груза), освобождения груза и холостого хода к месту повторной загрузки.
Прй работе без перерывов производительность грузоподъемной машины
П = 3-^ т/ч, (1)
‘ц
где Q — масса одновременно поднимаемого груза, т;
/ц— продолжительность одного цикла, сек.
Режим работы. В зависимости от условий использования машины режим (интенсивность) работы ее механизмов может быть различным. Различие в режимах работы учитывают при расчете механизмов и металлических конструкций грузоподъемных машин.и подборе привода и двигателей, выбирая соответствующие запасы прочности, коэффициенты динамичности и т. п.
График загрузки двигателя и механизма грузоподъемной машины показан на рис. 3.
В грузоподъемных машинах, используемых на заводах строительных материалов, различают три режима работы: легкий, средний и тяжелый, отличающиеся один от другого относительной
9
продолжительностью включения механизма, числом его включении
в час и средним использованием.
Относительной продолжительностью включения механизма ПВ называется отношение суммы продолжительностей фактической
работы механизма в течение цикла к общей продолжительности цикла /ц, включающего время работы и длительность пауз:
V t{
ПВ = 100. (2)
В табл. 1 приведены основные характеристики режимов работы электрообо-р удовани я гр узоподъемных машин.
При расчете деталей и узлов машин на прочность
Рис. 3. График загрузки двигателя и механизма:
МПуск и ^гтуск “* пусковой крутящий момент и продолжительность пуска; МСТ и fCT — статический момент и период работы при установившемся движении; Л4ТОрМ и /торм — тормозной момент и длительность торможения; — период работы;
— длительность пауз.
пользуются коэффициентом динамичности нагрузок значения которого в зависимости от режима работы следующие:
Тяжелый.............1,3
Средний ...........1,2
Легкий . ... «... 1,1
Таблица 1. Примеры характеристик режимов работы
Режим Продолжительность включения ПВ, % Число включений механизма в час Коэффициенты использования механизмов
по грузу ^гр по времени года Кг | суток Кс
Легкий 15 25 60 0,5 0.1 0,25 0,1 0,33 1
Средний 15 25 40 120 1 0,5 0,25 1 0,5 1 0,67 0,67 1
Тяжелый 25 4Э 240 1 0,75 1 0.75 0,67
Примечание. Коэффициент использования по грузу Кгр определяют делением средней величины груза на номинальный (расчетный) груз, коэффициент годового использования машины Кг — делением числа дней работы в году на 365 дней, коэффициент суточного использования машины Ко — числа часов работы в сутки на 24 ч.
10
Отдельные механизмы грузоподъемной машины могут работать на различных режимах. Общий режим ее работы определяют по режиму основного механизма — для подъема груза. Обычно в строительстве для монтажных работ характерен легкий режим, для перегрузочных — средний, при грейферах (§ 2) — тяжелый.
Расчетные нагрузки. На грузоподъемные машины и на их элементы действуют главным образом четыре вида нагрузок: 1) вес груза и грузозахватных устройств; 2) собственный гее конструкции; 3) инерционные нагрузки, возникающие в процессе пуска и торможения; 4) ветровая нагрузка.
Расчет инерционных нагрузок, определяемых динамическим моментом, основывается на положениях, известных из теоретической механики.
Динамический момент при поступательном движении масс
А1дин = Го кге • м (дан • м)*, (3)
при вращательном
Л4дИН = кге • м (дан - м), (4)
где Q — вес поступательно движущихся элементов крана, кге;
g — ускорение силы тяжести, м/сек2;
j — ускорение движущегося тела, м/сек2;
г0— плечо силы;
Ц— момент инерции вращающихся элементов крана, кге мх X сек2 (дан • м • сек2);
е — угловое ускорение, 1/сек2,
Момент инерции Ц отдельных элементов крана, например мачты, стрелы, груза, определяют в зависимости от размещения их веса G и расстояния г0 от центра тяжести этого веса до оси вращения (рис. 4).
Для роторов электродвигателей в каталогах приводятся значения не момента инерции, а так называемого махового момента CD2t (см. табл. 2 и 3). Так как при массе тела т и радиусе инерции
Ц = mR\, зависимость между маховым моментом и моментом инерции определяется по формуле
* В книге 1 килограмм-сила обозначается 1 кге. Согласно Международной системе единиц (СИ), 1 кге = 9,80665 н (ньютон), 1 дан (деканьютон) == = Юн « 1 кге. Поэтому читателю легко перейти к единицам СИ, записав 1 кге как 1 дан, 1 кге м как 1 дан м, 1 кге/мм2 как 1 дан/мм2 и т. п.
Применение единицы дан также позволяет при СИ пользоваться техническими справочниками, выпущенными по системе MKGS, не изменяя приведенные в них числовые величины.
П
Маховые моменты используются также для учета динамики соединительной муфты и тормозного шкива (рис. 5).
Ветровая нагрузка определяется сопротивлением встречного ветра И^вет. Это сопротивление считают действующим горизонтально и пропорциональным наветренным площадям крана F, перемещаемого груза и распределенной ветровой нагрузке w:
1Гве» = f {w, F) кго (дан). (6)
Подробнее расчет ветровой нагрузки изложен в ГОСТ 1451—65.
Силовое оборудование. В грузоподъемных машинах применяется следующее силовое оборудование: электродвигатели, двигатели внутреннего сгорания, гидравлический и пневматический приводы.
Наиболее широко применяют электрические двигатели. К их достоинствам относится: возмож-
(WiHeeiF б
а
Рис. 4. Моменты инерции Ц элементов крана.
Рис. 5. Маховые моменты: а — соединительной муфты; б — тормозного шкива.
ность установки индивидуальных двигателей для каждого механиз* ма (многодвигательный привод), что исключает сложные трансмиссии; удобство управления отдельными механизмами; возможность дистанционного управления и автоматизации; высокая экономичность; независимость от температурных и атмосферных условий; постоянная готовность к работе и чистота рабочих мест. К тому же для электродвигателей не нужно топлива.
Автоматизация управления электрическим двигателем дает возможность регулировать скорость механизма в широких пределах (в 10—12 раз меньше номинальной) и точно останавливать груз в заданной точ ке пути.
При работе кранов кратковременные рабочие периоды чередуются с кратковременными паузами (так называемый повторно-кратковременный режим). Для этих условий применяют специальные крановые электродвигатели, чаще всего асинхронные трехфазного тока напряжением 220 и 380 в с фазовым или короткозамкнутым ротором. Крановые электродвигатели обладают значительной перегрузочной
12
способностью, удовлетворительно работают при частых пусках и торможениях, допускают регулировку угловой скорости.
Как видно из табл. 2 и 3, в зависимости от величины ПВ один и тот же двигатель обеспечивает разную мощность и соответственно разное число оборотов в минуту.
Таблица 2. Примеры характеристик электродвигателей серии МТ (В) с фазовым ротором
Тип электродвигателя пв = 15% пв = 25% пв = 40% Кратность максимального момента ПВ « 25% ^тах Маховой момент ротора (GDJ, кг • м* Масса элект-родвй-гателя^ кг
Мощность, кет Скорость вращения, об/мин Мощность ^ном» кет Скорость вращения пном» об/мин Мощность, кет Скорость вращения, об/мин
МТ(В)31-8 9,3 688 7,5 702 6.3 912 2,6 1,05 218
МТ(В)41-8 13,2 708 11 715 8,8 722 2,9 1,86 300
МТ(В)42-8 18 713 16 718 13 724 3 2,7 365
МТ(В)51-8 26,5 716 22 723 17,5 728 3 4,4 435
МТ(В)52-8 36 720 30 725 23,5 730 3 5,7 510
МТ(В)6Ы0 36 569 30 574 24 579 ЗЛ 13 785
МТ(В)62-10 55 572 45 577 36 582 3,2 17,5 945
МТ(В)63-10 72 572 60 577 48 581 2,9 22 1100
Таблица 3. Примеры характеристик электродвигателей серии МТК(В) с короткозамкнутым ротором
ПВ = 15%
ПВ = 25%
ПВ = 40%
Кратность момента при ПВ = 25%
3
Тип электродвигателя
МТК(В)11-6
МТК(В)12-6
МТК(В)21-7
МТК(В)22-6
2,2
3,5
5
7,5
883
875
910
905
1,8
2,8
4,2
6,3
2,6
3,1
2,6
2,9 3
79
98
130
153
Номинальный крутящий момент при ПВ = 25% принимают
N
Л1Н0М = 975кгс • м (дан - м). (7)
пном
Для расчетов, связанных с пуском двигателя, вводится понятие кратности среднепускового момента фдв> представляющего собой
13
отношение среднего пускового момента, развиваемого двигателем, к его номинальному моменту, откуда
Л4Ср. пуск - 0,8фдвЛ1 ном* (8)
Коэффициент 0,8 учитывает среднюю потерю напряжения 10% и пропорциональность момента асинхронного двигателя квадрату напряжения, т.е. 0,92 0,8.
.Кратность среднепускового Момента фдв двигателя с фазовым ротором непостоянна, так как при пуске на реостате момент двигателя МеНЯеТСЯ ОТ Л4тах До 1,1 Миом:
Фдв = 0,5 = 0,5 (Хтах +1,1), (9)
VriHOM ном /
где Хтах— кратность максимального момента при ПВ = 25% (табл. 2).
Для двигателей с короткозамкнутым ротором в заводской характеристике (табл. 3) приводится кратность не только максимального Хтах, но и начального момента Хнач при ПВ = 25%. Поскольку во время пуска этих двигателей момент изменяется от начального до максимального, кратность среднепускового момента составляет
фдв = 0,5 (ХНач + ^тах)* (9а)
Двигатели внутреннего сгорания используют на самоходных кранах (рис. 2, 6). Так как эти двигатели не связаны с внешним источником энергии, они обеспечивают работу кранов в любых условиях. Основные их недостатки: невозможность реверсирования и отсутствие перегрузочной способности, необходимость в коробке передач для изменения крутящего момента и для реверсирования, зависимость от температурных условий и сравнительно малый срок службы.
На передвижных кранах применяют дизельные и карбюраторные двигатели. Дизельные двигатели, расходующие дешевое дизельное топливо, более экономичны и используются значительно чаще, чем карбюраторные. Удельный расход топлива в дизельных двигателях на 30—35% меньше, чем в карбюраторных. Они надежнее в работе, так как не имеют карбюратора и системы зажигания, и менее опасны в пожарном соотношении. Недостатками дизельных двигателей являются их несколько большая масса, чем карбюраторных, и трудность пуска в холодное время года.
Когда нужен много двигательный привод для крана, не зависящего от внешнего источника питания, применяют д и з е л ь-э л е к т-рический привод. В этом случае находящийся на кране дизель приводит в действие электрический генератор, который питает соответствующие электродвигатели крана.
Гидравлический привод, успешно применяемый в грузоподъемных машинах, состоит из насоса, системы распределения, гидродвигателей, цилиндров с поршнями и трубопровода. Насос
14
приводится в действие электродвигателем или двигателем внутреннего сгорания.
К основным достоинствам гидравлического привода относятся: возможность изменения скоростей без применения передач, что позволяет получить простую систему малых габаритов и массы, особенно при нескольких механизмах; большая надежность; широкий диапазон регулирования; плавность работы; возможность работы при больших усилиях.
Недостатки гидравлического привода: необходимость в установке (помимо двигателя) насоса и рабочих цилиндров, требующих высокой точности изготовления, а также применения специальных жидкостей при низких температурах; снижение к. п. д. при длинных трубопроводах.
Пневматический привод применяют лишь в отдельных типах вспомогательных устройств (например, в тормозных устройствах, в системах управления и т. д.). Как и гидравлический привод, он состоит из рабочих цилиндров с поршнями, системы распределения и трубопровода, но в нем вместо жидкости, нагнетаемой насосом, применяется сжатый воздух, подаваемый компрессором. Существенный недостаток пневматического привода — небольшой к. п. д., что обусловлено падением давления сжатого воздуха и его утечками.
§ 2. Специальные детали и узлы грузоподъемных машин
Механизмы грузоподъемных машин состоят из общемашиностроительных деталей и узлов — муфт, передач, валов, осей, подшипников, шпонок и т. д.— и специальных — канатов блоков, барабанов, цепей, звездочек, захватных приспособлений (крюков, грейферов) и тормозных устройств.
Канаты. Стальные
канаты применяют в качестве тягового органа для грузоподъемных машин, для строповки грузов, расчалки мачт и строительных конструкций во время мон
Рис. 6. Стальные канаты*.
а — одинарная свивка; б — двойная крестовая свивка; в — тройная свивка; г — компаундный канат.
тажа и т. д.
Канаты свиваются из тонких стальных проволок
диаметром 0,6—2 мм (реже
5 мм), имеющих предел прочности при растяжении 140—200 кгс/мм2 (дан/мм2). Свивка бывает одинарной, двойной и тройной. Канаты одинарной свивки (рис. 6,а) изготовляют из отдельных проволок. В канатах двойной свивки (рис. 6, б) прово
локи предварительно свивают в пряди, а пряди — в канат
15
вокруг пенькового сердечника, который придает канату гибкость и удерживает внутри него смазку. Канат тройной свивки (рис. 6, в) состоит из отдельных канатов двойной свивки. Более долговечны канаты типа «компаунд» (рис. 6, г): пряди в них изготовляются из проволок разного диаметра, благодаря чему лучше заполняется площадь поперечного сечения пряди, а наличие более толстых наружных проволок удлиняет срок службы канатов.
В зависимости от направления свивки проволок и прядей различают канаты односторонней и крестовой свивки. В канатах односторонней свивки проволоки в прядь и пряди в канат свивают в одном направлении, а в канатах крестовой свивки — в противоположных направлениях.
Стальные канаты, применяемые в грузоподъемных машинах, должны обладать прочностью, гибкостью, долговечностью, не Сплющиваться и не раскручиваться вр время работы. Эти качества больше чем другие свойственны стальным канатам двойной крестовой свивки.
В стандартах и паспортах заводов-изготовителей указывается величина разрывного усилия каждого типа каната в целом /?, определяемая испытанием его на разрывной машине. По нормам Госгортехнадзора стальные проволочные канаты подбирают, исходя из этого разрывного усилия (с учетом требуемого запаса прочности):
Ртах = 4 кге (дан), (10)
где Ртах—наибольшая расчетная нагрузка на канат, кгс(дан)\ R — разрывное усилие каната, кгс(дану, k — коэффициент запаса прочности, принимаемый для легкого режима работы крана равным 5, среднего — 5,5 и тяжелого — 6.
При выборе каната, кроме прочности, учитывают срок его службы. Чем меньше диаметр огибаемых канатом блоков и барабанов, тем быстрее канат приходит в негодность. Минимальное отношение диаметра барабана (блока) Рбар к диаметру каната dK составляет, например, для мостовых кранов, работающих на легком режиме, 20, на среднем — 25, а на тяжелом — 30; для остальных кранов отношение должно быть соответственно 16, 18 и 20.
Канат — наиболее ответственная и быстро изнашиваемая деталь грузоподъемных машин, поэтому его надо часто и тщательно осматривать. Критерием для определения надежности каната и пригодности его для дальнейшей эксплуатации служит количество обрывов проволок на шаге свивки.
Шагом свивки каната называется расстояние между двумя метками, в которое укладывается число витков, равное числу прядей в канате. Например, канат, изображенный на рис. 6,6, состоит из шести прядей, поэтому шаг свивки включает шесть витков.
В случае появления обрывов проволок в канатах они подлежат браковке согласно «Правилам устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов».
16
Для предохранения от коррозии, а также во избежание преждевременного износа канат следует регулярно смазывать.
Канаты крепят к крюкам и конструкциям при помощи петель на коушах, соединительных втулок, клиновых зажимов.
При креплении конца каната петлей (рис. 7, а) в нее закладывается коуш / — фасонное кольцо из стали желобчатого сечения, предназначенное для защиты каната от истирания. Петля каната закрепляется при помощи зажимов, состоящих из хомутов 3 с резьбой
Рис. 7. Концевые крепления каната: а — петлей на коуше; б — конической втулкой; в — клиновым зажимом.
на конце и планки 2, между которыми зажимаются два конца каната. Количество зажимов и расстояние между ними зависят от диаметров каната.
Когда конец каната крепят конической втулкой 4 (рис. 7, б), в нее вводят канат, который затем расплетают. После этого вырезают пеньковый сердечник, концы проволок загибают, а распущенный конец каната 5 втягивают во втулку и заливают свинцом или баббитом.
Наиболее быстро канат крепится с помощью клинового зажима (рис. 7, в): канат закрепляют во втулке 4 клином 6.
Пеньковые канаты используют только для стропов. Чтобы предохранить канат от загнивания, его пропитывают горячей смолой. Пеньковые канаты подбирают так же, как и стальные. При этом коэффициент запаса прочности k не должен быть меньше 8.
17
/
Рис. 8. Канатные блоки: / — канат; 2 — ось блока.
Применяют также канаты из капрона и перлона. Они имеют большую прочность на разрыв, водоустойчивы и не подвержены гниению.
Блоки применяют для изменения направления движения стальных канатов или как составную часть блочных систем (полиспастов). Канат, перемещаясь и огибая блоки, вращает их. Отливают блоки из серого чугуна, а для больших нагрузок и длительной работы — из стали.
Конструкция блоков (рис. 8) должна обеспечивать спокойное набегание на них канатов и исключать опасность выпадения каната из ручья блока.
Чтобы блок легко вращался на оси при передвижении каната, его опору выполняют на подшипниках скольжения (бронза, антифрикционный чугун) или подшипниках качения. В процессе эксплуатации блоков надо следить, чтобы в них не образовывались трещины, ручьи их были целы и подшипники смазаны. Блок с отколотой ребордой ручья или трещиной следует заменить новым или исправить.
Захватные приспособления. Крюки являются основными и наиболее универсальными грузозахватными приспособлениями. К ним при помощи стропов, захватов, клещей можно подвешивать различные грузы (рис. 9).
Натяжение S в каждой ветви стропового каната (рис. 9, в) составляет
S =...® кге (дан), (11)
п cos а 1 х '
где Q — груз, действующий на крюк, кге (дан);
п — число ветвей каната;
а — угол отклонения каната от вертикальной оси.
Крюк крепится к подвижной обойме полиспаста, вместе с которой он представляет крюковую подвеску. В зависимости от расположения крюка различают подвески длинные и короткие.
Крюковая подвеска (рис. 10) состоит из крюка /, траверсы 2, опорного шарикового подшипника 3, специальной гайки 4 для крепления крюка на траверсе, щек обоймы 5, подвижных блоков полиспаста 6 и оси крепления блоков 7. Опорный шариковый подшипник 3, установленный между гайкой на хвостовике крюка и траверсой, обеспечивает свободное вращение крюка вокруг вертикальной оси. Самоотвинчивание гайки предотвращается штифтом или другим предохраняющим устройством.
Каждый крюк должен иметь клеймо завода-изготовителя и паспорт с указанием грузоподъемности и характеристикой материала, 18
Рис. 9. Способы подвески грузов к крюку: а — подъем кирпичного блока при помощи захвата; б — подъем плиты самоуравнове-шивающимися стропами; в — подъем груза на четырех стропах; г — подача и укладка бетона при помощи бадьи на канатных стропах; д — перемещение конструкции при помощи самобалансирной траверсы.
Рис. 10. Крюковая подвеска.
из которого крюк изготовлен. Применять крюки, не имеющие клейма и паспорта, не разрешается.
Как правило, крюки выбирают по паспорту, исходя из заданной грузоподъемности. Только при подъеме груза, не соответствующего стандартной грузоподъемности, приходится проверять крюк расчетом. Расчет заключается в определении размеров стержня крюка, напряжения в резьбе гайки, ее высоты и размеров сечений изогнутой части крюка.
По своей форме грузовые крюки относятся к криволинейным стержням большой кривизны, поэтому рассчитывать напряжения нужно с учетом кривизны: в горизонтальном сечении — на совместное действие растяжения и изгиба, в вертикальном сечении — на совместное действие растяжения, изгиба и среза ♦.
Во время эксплуатации надо следить за надежностью крепления крюка в обойме и его состоянием. Крюки, имеющие отгиб рога, поверхностные трещины или большой износ, следует заменять новыми.
Грейферы* ** представляют собой приспособления, механически захватывающие и автоматически разгружающие материал. Грейферы (обычно двухканатные) изготовляют емкостью 0,5—5 jw3, реже — до 10 л3.
Двухканатный грейфер (рис. 11) состоит из двух челюстей /, тяг 2, верхней 4 и нижней 3 головок, замыкающего каната 5 и подъемного каната 6, прикрепленного к корпусу верхней головки; канаты навиваются на отдельные барабаны 7 и 8.
При раскрытом грейфере подъемный канат S2 натянут, а замыкающий ослаблен. Под влиянием собственного веса нижняя головка смещается книзу, разводя в сторону челюсти (рис. 11,6). При одновременном сбегании с ба
рабанов обоих канатов грейфер опускается на груз; при зачерпывании груза подъемный канат остается ослабленным, а замыкающий навивается на барабан, поднимает нижнюю головку и замыкает челюсти (рис. 11, в). Затем оба каната, навиваемые на барабаны с равными скоростями, поднимают закрытый грейфер (рис. 11, г). Для разгрузки грейфер можно раскрыть в любом положении. Для этого подъемный канат застопоривают, а замыкающий ослабляют (рис. 11, д).
♦ Подробнее см.: Н. Ф. Руденко. Грузоподъемные машины. М., Маш-гиз, 1957.
** Greifer (нем.) схватчик»
20
Расчет грейфера состоит в следующем: выбирают тип грейфера; по эмпирическим формулам определяют его массу, далее по задан* ной емкости и нормированным основным размерам определяют размеры его челюстей; затем, имея кинематическую размерную схему механизмов грейфера и данные о массе его частей, на основе статического расчета определяют усилия в отдельных его частях*.
Грейферы, как правило, используют для захвата сыпучих и кусковых материалов.
Рис. 11. Двухканатный грейфер: а — общий вид; б, в, г, д — схемы работы.
Клещевые захваты, действующие автоматически, при
меняют для штучных грузов.
Расчет клещевых захватов сводится к определению действующих
в них сил, возникающих при подъеме груза Q (рис. 12):
усилие в стягивающем плече
Л = 5-^— кгс (дан)\ (12)
1 2 cos а ' 7 х '
горизонтальная составляющая этого усилия
кгс (дан)-, (13)
* Подробнее см.: Н. Ф. Руденко. Рис. 12. К расчету клещевого Упомянутая работа. захвата.
21
усилие, защемляющее груз,
М2 = ± кгс (дан).
Здесь 1г и /2 — проекции плеч захвата. Следовательно,
Q < 2М2[а,
(И)
(15)
где [л — коэффициент трения между соприкасающимися поверхностями захвата и груза. Например, при рифленых поверхностях захватов (сталь по камню) р = 0,5 -т- 0,6.
По правилам Госгортехнадзора захваты для штучных грузов, а также траверсы надо изготовлять из мартеновской стали спокойной плавки с коэффициентом запаса прочности не менее 2 от предела текучести используемой стали.
Барабаны служат для преобразования вращательного движения привода механизма в поступательное движение подъема, опускания или подтягивания груза.
Как правило, барабаны имеют цилиндрическую форму. Только в тех случаях, когда натяжение набегающей на них ветви каната закономерно изменяется или когда нужна переменная скорость навивки, барабану придают конусную форму.
Поверхность барабана может быть гладкой (рис. 13) или желобчатой с винтовыми канавками (рис. 14). Барабаны с гладкой поверхностью применяются для многослойной навивки каната (когда надо уменьшить размеры барабана), а с желобчатой поверхностью —для однослойной навивки.
Однослойная навивка и канавки, увеличивающие площадь соприкосновения барабана с канатом, способствуют продлению службы канатов.
Крепление конца каната на барабане должно быть надежным и позволять легко производить осмотр, подтягивание и смену каната. Место крепления надо ежедневно проверять. Наиболее распространено крепление каната к наружной поверхности барабана прижимными планками (рис. 15, а). Изгибать свободный конец каната под прижимной планкой или возле нее не разрешается. Клином, закладываемым в канал (рис. 15, б) крепят относительно тонкие канаты (диаметром до 10—12 мм). В этих случаях для самоторможения уклон клина tg ср — I : 4_-s- 1 : 5.
Приведенные конструкции креплений основаны на использовании сил трения. Чтобы уменьшить усилие, действующее на крепле-
22
ние, согласно существующим правилам, на барабане должно быть не менее 1,5 витков каната, никогда не сматываемых с его поверхности. Наличие этих витков уменьшает усилие в месте крепления в 2,5— 4 раза.
Рис. 14. Барабан электрической поворотной лебедки с желобчатой поверхностью.
Барабаны являются основными частями лебедок. Поэтому при выборе лебедки исходят из длины каната L, навиваемого на барабан:
L = Ьф + (1,5 ~ 2) к (Обар + dK) м, (16) где Ьф — фактическая длина каната при максимальном подъеме груза, м\ £>баР — диаметр барабана, м\
dK — диаметр каната, м.
Второй член правой части равенства (16) учитывает несматываемые витки на барабане.
Длина каната L должна быть меньше канатоемкости барабана Z, т.е. меньше длины каната, который может быть навит на барабан диаметром Обар и длиной /0.
Рис. 15. Способы крепления каната на барабане:
а — прижимными планками; б — клиновое крепление.
23
При однослойной навивке на барабан с канавками его канатоем-кость
I = то (Обар 4- dK) г. (17)
Здесь z— число рабочих витков каната по длине барабана, вычисляемое по формуле
г t »
где t — dK + (0,002 4- 0,003) — шаг винтовой навивки, м.
По нормам Госгортехнадзора глубина канавки винтовой нарезки должна быть не менее 0,5 dK.
При многослойной навивке (рис. 13)
/ — тоПсрИар (1$)
Здесь DCp — средний диаметр навивки, м-,
п — число слоев каната на барабане;
Zi — число рабочих витков на гладком барабане.
Средний диаметр навивки и число рабочих витков вычисляют по формулам:
DCp = Deap 4---= Обар 4- ndg.', (19)
*i = 4-. (20)
“к
Число слоев п ограничивается условием: между последним слоем каната и краем борта барабана должен оставаться запас, равный 2dK (рис. 13) для предотвращения схода каната с барабана. Таким образом, число слоев, которые можно поместить на барабане, определяют из уравнения
^борт ^бар откуда
____ /уборт ^бар 9 п___ЯГ, Д
где Пберт — диаметр борта барабана, м.
Цепи и звездочки. Для уменьшения размеров и массы передаточных механизмов грузоподъемных машин (например, ручных талей) вместо стальных канатов и барабанов применяют цепи и звездочки, т.е. фасонные блоки с ячейками для звеньев цепи.
Цепи бывают сварные и пластинчатые (рис. 16). Они изготовляются по государственным стандартам и должны иметь свидетельство завода-изготовителя.
Сварные цепи применяют короткозвенные и с распорками — якорные.
(21)
(22)
24
Пластинчатые цепи собирают из параллельных стальных валиков, расставленных на равных расстояниях (шагах) и попарно соединенных стальными пластинками.
Сварные цепи используют в основном для стропов. Подбирают их, как и стальные канаты, исходя из разрывного усилия с учетом
Рис. 16. Цепи:
а — короткозвенные сварные; б — якорные сварные; в — пластинчатые.
требуемого запаса прочности по формуле (10). Минимальный коэффициент запаса прочности установлен Госгортехнадзором: для пластинчатых грузовых и сварных строповых цепей k = 5.
При работе цепи должны находиться одновременно в полном сцеплении не менее чем с двумя зубьями звездочки.
Звездочки для пластинчатых цепей насаживают на вал, изготовляют заодно с валом или же делают свободно вращающимися на неподвижной оси (рис. 17).
Диаметр звездочки D определяют так. Из треугольника АОС (рис. 17, а)
К = (23)
2 sin у
Так как
а — на валу; б — на неподвижной оси.
(25)
диаметр звездочки
. 180° • sin-----
2
В формулах (23) — (25):
t — шаг цепи;
z — число зубьев; обычно z > 8.
Цепи значительно тяжелее стальных канатов, надежность их меньше, допустимые скорости малы (у сварных цепей — до 0,1 м/сек, у пластинчатых — до 0,25 м/сек), поэтому цепи применяют только для обеспечения компактности механизмов.
25
Тормоза. Механизмы грузоподъемных машин снабжают тормозами, которые, используя силу трения, уменьшают скорость движения и останавливают поступательно перемещающиеся или вращающиеся массы.
В механизмах подъема тормоза останавливают груз и удерживают его в подвешенном состоянии, в механизмах передвижения и поворота — останавливают движущиеся или поворачивающиеся конструкции.
Рабочей поверхностью тормоза обычно служит специальная фрикционная лента, обладающая повышенным коэффициентом трения р и высокой износостойкостью. Лента эта тканная из асбестовых нитей (р = 0,35) или вальцованная из крошки асбеста и латекса (и = 0,4).
Рис. 18. Простой ленточный тормоз.
Тормоза механизмов грузоподъемных машин устанавливают на любом валу при условии, что между валом и рабочим органом (барабаном, колесом) имеется постоянная жесткая кинематическая связь — зубчатая или червячная передача. Обычно тормоз находится на приводном валу, так как на нем действует минимальный крутящий момент и тормоз получается наиболее легким и компактным. Если же между двигателем и рабочим органом имеется фрикционная муфта, тормоз надо установить непосредственно на барабане или на валу между фрикционной муфтой и рабочим органом.
По назначению тормоза делят на стопорные и спускные, а по характеру работы на замкнутые и разомкнутые.
Тормоза, которые служат только для остановки и удержания груза в поднятом положении, называются стопорными, а те, которые, помимо остановки и удержания груза, могут регулировать скорость его спускания, называются спускными. Замкнутые тормоза постоянно замкнуты усилием пружины или весом груза и размыкаются только за тот период, когда механизм работает. Разомкнутые тормоза замыкаются только тогда, когда нужно остановить механизм.
В грузоподъемных машинах применяют четыре типа тормозов с различными конструкциями рабочих частей: ленточные, колодочные, дисковые и конусные.
Ленточный тормоз (рис. 18) имеет огибающую тормозной шкив 1 упругую стальную ленту 2, к рабочей поверхности ко
26
торой прикреплена фрикционная лента 5. Стальная лента крепится набегающим концом 8 к станине или тормозному рычагу, а сбегающим концом 4 — через винтовую стяжку 5 к тормозному рычагу 6. Торможение осуществляется затягиванием ленты под действием замыкающего груза 7 или пружины, а также при нажатии на рычаг ногой. Управлять работой тормозов можно вручную, а также с помощью электромагнита и гидравлической или пневматической системы.
Угол обхвата лентой тормозных шкивов составляет, как правило, 180—270°, а величина отхода ленты от шкивов при расторможении 1—3 мм.
Сила трения FT, создаваемая при нажатии ленты, является разностью усилий натяжения набегающей Т и сбегающей t ветвей (рис. 19):
Рис. 19. Схемы ленточных тормозов; а — простой; б — дифференциальный; в — суммирующий.
На основании теории трения гибкой нити по формуле Эйлера
Т = /е^, (27)
где е — 2,718 (основание натуральных логарифмов);
р — коэффициент трения фрикционной ленты о шкив;
а — угол обхвата лентой тормозного шкива, рад.
В зависимости от размещения точек крепления концов ленты относительно оси вращения тормозного рычага различают простые, дифференциальные и суммирующие ленточные тормоза.
В простом ленточном тормозе (рис. 19, а) набегающий конец ленты крепится к неподвижной точке станины, а сбегающий — к тормозному рычагу.
При вращении тормозного шкива по стрелке I величина усилия, прилагаемого к рычагу, исходя из уравнения его равновесия, будет
Gx = -у- кгс (дан). (28)
При вращении шкива по стрелке II
С2 = у кгс (дан), (29)
27
потому что конец ленты, прикрепленный к рычагу, становится ее набегающим концом. На основании формул (27) и (29)
te»-aa
= кгс (дан). (30)
Как следует из выражений (28) и (30), величина усилия для торможения различна при разных направлениях вращения шкива (G2 >Gj). Поэтому простые ленточные тормоза являются тормозами одностороннего действия. Их применяют в механизмах, где требуется работа тормоза только при спуске груза (механизмы подъема).
Дифференциальный ленточный тормоз (рис. 19, б) отличается от простого тем, что набегающий и сбегающий концы ленты крепятся к рычагу по обе стороны от оси вращения.
Уравнение равновесия тормозного рычага (без учета его веса)
Tb + GX1 — ta кгс • м (дан • м), (31)
откуда
Gx = кгс (дан), (32)
а при изменении направления вращения
G2 = Ta~tb кгс (дан). (33)
Из сравнения формул (28) и (32) или (30) и (33) видно, что у дифференциального тормоза усилие торможения всегда меньше, чем у простого.
При определенной длине плеч а и ft величина усилий может быть отрицательной, т.е. лента затянется без принудительного приложения усилия. Такой неуправляемый самозатягивающийся тормоз не пригоден для нормальных условий торможения. Для управления торможением плечи дифференциального тормоза следует подбирать по условию
ta — Tb > 0. (34)
Исходя из формулы (27), уравнению (34) соответствует условие а > fte|xa.
Дифференциальные тормоза используют при одностороннем торможении и необходимости создать большую силу трения (например, для опускания тяжелой стрелы самоходного крана).
Суммирующий ленточный тормоз (рис. 19, в) является тормозом двустороннего действия. В нем оба конца ленты прикреплены к тормозному рычагу так, что их натяжения 7и t создают на рычаге моменты одинакового знака, а плечи а делаются равными.
При любом направлении вращения тормозного шкива уравнение равновесия рычага будет
Gl == ta + Та кгс • м (дан • м), (35)
28
откуда
G = кгс (дан). (36)
Из сравнения выражения (36) с формулами (28) и (32) следует, что у суммирующего тормоза надо создавать большее усилие, чем у простого, а еще больше, чем у дифференциального.
Суммирующие тормоза применяют в реверсивных механизмах передвижения и вращения.
Для реверсивного торможения механизмов передвижения и вращения кранов на пневмоколесном ходу широко используют более
Рис. 20. Схема плавающего простого ленточного тор-моза двухстороннего действия: а — разомкнутое положение; б — замкнутое положение.
рациональные плавающие простые тормоза двустороннего действия (рис. 20). В них оба конца ленты прикреплены к рычагам 1, сходящимся в точке 9, к которой прикреплена тяга 10 для управления тормозом. Поскольку тормоза механизмов передвижения и вращения самоходных кранов выполняются нормально разомкнутыми, между концами лент расположена разжимаемая пружина 2, а сами концы находятся в корытообразном упоре 3. Тормоз называется плавающим потому, что не имеет закрепленных точек. В зависимости от направления вращения шкива концы ленты прижимаются к одной из сторон корытообразного упора. При этом один из концов (упирающийся) всегда является набегающим, а второй — сбегающим. Усилие, прилагаемое к рычагу управления, будет всегда оставаться приблизительно одинаковым, и тормоз обеспечит равный тормозной момент при вращении тормозного шкива в разных направлениях.
29
Лента тормоза выполняется из двух отдельных частей 4 и 8, соединенных болтом 5 с пружиной 6. Затягиванием гайки 7 на болте регулируют натяжение ленты.
Преимуществами ленточных тормозов является простота конструкции, компактность и способность развивать большую силу трения Л, а следовательно и большой тормозной момент
f £)
Л1торм = — кгс • м (дан • м), (37)
где D — диаметр тормозного шкива, м.
Однако ленточные тормоза имеют ряд недостатков. К ним относится, в частности, то, что создаваемое значительное усилие (Т + + /) изгибает тормозной вал, и вследствие неравномерного распределения удельного давления на гибкой тормозной ленте она неравномерно изнашивается. Кроме того, простые и дифференциальные тормоза являются тормозами одностороннего действия и их, как правило, можно применять только в механизмах подъема, а суммирующий тормоз требует большого усилия торможения.
Колодочные тормоза просты по конструкции и надежны в эксплуатации. Они лишены недостатков ленточных тормозов и поэтому получили в грузоподъемных машинах наибольшее распространение. Тормозной момент создается в результате прижатия двух колодок, расположенных одна против другой по окружности тормозного шкива, к которым прикреплены фрикционные ленты.
Колодочные тормоза пригодны для двустороннего торможения и применяются в качестве стопорных нормально замкнутых тормозов. Усилие, прижимающее тормозные колодки, создается весом груза (рис. 21) или пружиной (рис. 22), а колодки во время работы механизма размыкаются электромагнитом.
Различают колодочные тормоза с длинноходовым и короткоходовым электромагнитами.
В колодочном тормозе с длинноходовым электромагнитом (рис. 21) к основанию 1 крепятся оси рычагов 2. Тормозные колодки 49 соединенные с рычагом, охватывают тормозной шкив 5. Рычаги колодок через тягу 6, угловой рычаг 7 и тягу 8 связаны с тормозным рычагом /3, на котором расположен передвигаемый груз 12. Электромагнит 9 подключен к сети параллельно с электродвигателем механизма и при включении двигателя включается одновременно с ним и втягивает за собой подвижной якорь вместе со штоком /3, который через серьгу 11 поднимает тормозной рычаг с грузом. Поднимаясь, тормозной рычаг при помощи тяги 8 поворачивает угловой рычаг 7, и тормозные колодки расходятся, освобождая шкив. При выключении двигателя, а значит и электромагнита, тормозной рычаг под действием веса груза и якоря электромагнита опускается вниз, в результате чего рычаги 2 сближаются и колодки зажимают шкив. Тормоз регулируют болтами 3.
К недостаткам рассмотренной конструкции тормоза относятся наличие большого количества рычагов и шарниров, деформация
30
и износ которых создают мертвый ход системы; большая инерция системы, понижающая быстроту замыкания и размыкания колодок. Кроме того, большое количество рычагов и наличие мертвого хода вынуждают применять электромагниты с большим ходом якоря (20—40 мм) при сравнительно небольшом тяговом усилии.
Колодочные тормоза с короткоходовьши электромагнитами являются наиболее надежной и совершенной конструкцией (рис. 22). Тормозной момент создается пружиной. Магнит клапанного типа с коротким ходом якоря (2—4 мм) расположен непосредственно на одном из рычагов тормозных колодок. Благодаря такой конструкции уменьшается инерция системы, так как уменьшаются массы, сдвигающиеся при работе тормоза. Кроме того, сводится к минимуму количество рычагов и шарниров.
81
Работает этот тормоз следующим образом. Одновременно с выключением электродвигателя механизма прекращается питание током катушки электромагнита; электромагнит 8 не может больше удерживать якорь 9, который отходит от сердечника. При движении якоря высвобождается шток 7, и пружина 5, упираясь в скобу 4 и гайку 6, стремится раздвинуть их, в свою очередь перемещая навстречу один другому вертикальные рычаги 1 и 10. Рычаги, сближа
с короткоходовым электромаг-
нитом:
а — общий вид; б — конструктивная схема; в — принципиальная схема.
ясь, прижимают колодки 2 к тормозному шкиву. Гайка 3 служит для регулировки хода якоря, а гайка 11 — для регулировки отхода колодок.
Чтобы сила трения, создаваемая при замыкании рычагов, распределялась между двумя колодками поровну, а вал тормозного шкива был полностью разгружен от поперечных сил, нужно обеспечить равенство = N2. Соблюдение этого равенства зависит от формы рычагов и способа закрепления на них колодок.
При жестком креплении, колодок (рис. 21, б) нормальные силы и Nt перпендикулярны к их оси. Поскольку структура рычаж
32
ной системы колодочных тормозов всегда предусматривает равенство усилий, замыкающих рычаги с колодками (Тх ~ Т2 = Г), уравнение равновесия системы для левой колодки можно представить в виде
TH — Nxh — A\|ic = O, (38)
откуда
Ni = (дан)- (39)
Для правой колодки уравнение равновесия
TH — N2h + N^o == 0, (40)
откуда
Ni = f^cK20 (дан). (41)
Выражения (39) и (41) показывают, что равенство нормальных сил будет обеспечено при с — 0. Поэтому при жестком закреплении колодок рычаги изготовляют изогнутыми таким образом, чтобы точки их закрепления и О2 были расположены на линии действия сил трения У7! (см. рис. 21, б).
Жесткое крепление колодки к рычагу обладает существенным не-
достатком: вследствие неточности изготовления деталей тормоза и
сборки, а также деформации тормозного вала и рычага трудно обеспечить плотное прилегание всей рабочей поверхности колодки к шкиву. Поэтому в большинстве случаев крепят колодку к рычагу не жестко, а шарнирно (рис. 22).
При шарнирном закреплении колодок равнодействующие и N't
в состоянии равновесия должны про-
ходитьчерез центры шарниров. Это воз- Рис. 23. Схема сил при шар-можно только при смещении равно- НИРНОМ закреплении колодок, действующих от оси колодки (рис. 23).
Пользуясь для удобства равнодействующей можно уравнение равновесия для левой колодки записать так:
TH — N[hl = Q, (42)
откуда
AT'j = кге (дан). (43)
Для правой колодки
TH — = (44)
Следовательно,
= ~ кго (дан). (45)
«2
2 5-291
33
Из выражений (43) и (45) следует, что равенство равнодействующих N{и а значит, и нормальных сил и N2 может быть соблю-
дено при hi — h2. Поэтому рычаги тормозов с шарнирным закреплением колодок следует делать прямыми: только в этом случае плечи ht и й2 будут равны.
Сила трения колодочных тормозов FT распределяется поровну (при с = 0 и hr = й2) между обеими колодками, т.е. требуемое нажатие
N = = N2 = £ кгс (дан). (46)
Из схемы на рис. 21,6 следует, что для тормоза с длинноходовым электромагнитом груз О0 (при с = 0) с учетом плеч трех рычагов должен быть
Go = r4 Т~ Т-кгс (дан^ <47>
ЧТ п *3
где т]т— к.п.д. рычажной системы, равный 0,9—0,95.
При короткоходовом электромагните (рис. 22, в) усилие рабочей пружины 5
P = ^L К_ркКгв (дан), (48)
11» 1
где Рв— усилие вспомогательной пружины, предназначенной только для откидывания немагнитного рычага, равное 2—8 кгс(дан) в зависимости от размера тормоза.
Соответственно
м
Nl = N2 = кгс (дан). (49)
Ширина колодки тормоза Ьо определяется из расчета на давление [р] = кгс/см2 (дан/см2), (50)
где [р] — допускаемое давление, кгс/см2 (дан/см2). Например, для асбестовой ленты по стали или чугуну для стопорных тормозов [р] = 6, а для спускных [р] = 3;
Л\ — сила нормального давления колодки на шкив, кгс(дан);
/0 — длина хорды, ограниченной углом обхвата 0 шкива колодкой, СМ',
Ьо — ширина колодки, см.
Нагрев и износ трущихся деталей тормоза зависят от сил трения. Секундная работа трения выражается уравнением
А — ZpNjV = Zpl9b0pv кгс • м/сек (дан • м/сек), (51)
где Z — число колодок;
10 и Ь9 — размеры колодок, см,
р — давление на поверхности трения, кгс/см2 (дан/см2)', v — окружная скорость тормозного шкива, м/сек.
34
Из этого уравнения видно, что нагрев и износ характеризуются произведением давления на окружную скорость тормозного шкива. Поэтому рекомендуется проверять стопорные тормоза по величине pv < 50 кгс • м/см2 • сек(дан м/сек2 • сек), а спускные — по pv < < 25 кгс • м/см2 • сек (дан ♦ м/сек2 • сек).
У ленточных тормозов ширину ленты также определяют из расчета на давление. Давление тормозной ленты на шкив неравномерно: оно больше в набегающей ветви и меньше в сбегающей.
Определим наибольшую величину нормального давления между лентой и шкивом (рис. 24). Выделим элемент дуги у точки касания набегающей ветви тормозной ленты, ограниченной углом da. Элементарная нормальная сила, действующая на выделенный элемент
дуги,
d2V о = Pmax^o^?da, (52)
где ртах—максимальное давление, кгс/см2
(дан/см2);
bQ — ширина ленты, см;
R — радиус тормозного шкива, см.
Элементарная нормальная сила dNQ является геометрической суммой сил Т, т.е.
Рис. 24. К определению нормального давления.
dNQ = 2Т sin у 2Т ~ = Tda. (53)
Подставив значение элементарной нормальной силы в уравнение (52), получим
9Т
Pmax = bjD * (54)
Если подставить в уравнение (54) вместо pmax допускаемое значение давления [р], можно определить ширину ленты
d [р]' (55 )
Ленточные тормоза, как и колодочные, проверяют по величине pv, но значение ее принимают на 25—30% больше из-за большей поверхности нагрева*.
Для рассмотренных конструкций ленточных колодочных тормозов характерно, что усилие, создающее тормозной момент, направлено всегда перпендикулярно к валу, подлежащему остановке.
В некоторых грузоподъемных машинах (тали, тельферы, лебедки) применяют тормоза, у которых усилие замыкания тормозных поверхностей действует вдоль оси тормозного вала. К тормозам с осевым нажатием относятся дисковые и конусные.
Дисковый тормоз (рис. 25, а) состоит из неподвижного 1 и вращающегося 2 дисков с фрикционным покрытием 3. Тормоз
♦Детальный расчет тормозов см.: М. П. Александров. Тормоза подъемно-транспортных машин. М., «Машиностроение», 1965.
2»
35
замыкается вследствие осевого перемещения вращающегося вместе с валом диска 2 и прижатия его к неподвижному диску 1, Усилие для создания требуемого тормозного момента
м
K = N = кгс (дан),
(56)
где Мторм — тормозной момент, кгс • м (дан • м);
Dcp = D1 ~2~Р- — средний диаметр рабочей поверхности вра
щающего диска, м\
р, — коэффициент трения.
Для уменьшения тормозного усилия служит система из нескольких параллельно работающих дисковых тормозов. В многодисковом
тормозе (рис. 25, б) три неподвижных диска 3 на оси 4 с прикрепленным к ним фрикционным покрытием 1 прижимаются к двум вращающимся вместе с валом дискам 2, затормаживая таким образом вал. Вся система дисков постоянно зажата пружиной 5, которая во время работы механизма размыкается тремя электромагнитами 6. При определении усилия многодиско
Рис. 25. Дисковые тормоза: а — однодисковый; б — многодисковый.
вого тормоза в знаменатель формулы (56) вводят число пар трущихся поверхностей.
Конусный тормоз (рис. 26) состоит из неподвижного 1 и вращающегося 2 конусов. Вследствие трения между рабочими поверхностями конусов создается требуемый тормозной момент.
Рабочее осевое усилие для создания тормозного момента
К = N sin р = кгс (дан). (57)
^ср
36
Из формул (56) и (57) следует, что рабочее усилие конусных тормозов меньше, чем однодисковых, и зависит от угла р. Во избежание заедания конуса при размыкании тормоза угол р должен быть не менее 15°.
Дисковые и конусные тормоза с осевым нажатием конструктивно сложнее колодочных и ленточных, рабочие поверхности их под-
вержены неравномерному износу. Принцип осевого нажатия позволяет использовать их для автоматически действующих так называемых грузоупорных тормозов, работающих совместно с остановами и применяемых в механизмах подъема.
Храповой останов (рис. 27, а) предназначен для стопорения груза, чтобы предотвратить его самопроизвольное опускание. Он состоит из храпового колеса / с зубьями специальной фор-
мы, укрепленного на валу или на барабане механизма подъема, и подвижного упора («собачки») 2, ось которого 4 укреплена на неподвижном основании и прижата пружиной 3.
При вращении барабана или вала в сторону подъема груза собачка 2 свободно скользит по поверхности зубьев храпового колеса 1, не препятствуя вращению. При изменении направления вращения в сторону спуска груза собачка упирается в ближайший к ней зуб, останавливая этим вращение. Дальнейшее опускание груза возможно только после принудительного откидывания собачки или расцепления храпового колеса с валом механизма. Рабочие стороны зубьев храпового колеса и собачки отклонены от радиуса на угол
37
а та 20°. Делается это для того, чтобы собачка, соскальзывая в глубь впадины, всегда обеспечивала надежное зацепление.
Храповой останов используется в безопасной рукоятке (рис. 27, б), часто применяемой в лебедках с ручным приводом и являющейся разновидностью спускного дискового тормоза. Гайкой служит ступица рукоятки, а винтом — жестко сидящая на тормозном валу втулка с фланцем. Между торцовыми поверхностями этих деталей находится храповое колесо, которое при навинчивании гайки защемляется. Собачка удерживает груз при его опускании.
Широкое распространение получили роликовые фрикционные остановы (рис. 27, в). В неподвижный кожух 1 запрессована стальная втулка 2, а на валу 5 (механизма подъема) жестко посажен стальной диск 4 с гнездами для роликов 3. Когда груз поднимается, ролики выходят из заклинивания и дают возможность валу вращаться. При этом пружины 6 не выходят из контакта с поверхностями втулки и диска. Поэтому при прекращении подъема ролики заклиниваются и вращение вала прекращается. Вращение вала в обратную сторону возможно при отключенном от него останове.
§ 3. 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
Рис. 28. Принципиальная схема подъемного механизма: а — с индивидуальным электроприводом; б — с групповым приводом.
полиспаста. Сбегающая с неподвижного блока 3 через отклоняющий блок 4 ветвь каната 5 навивается на барабан 6, 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
38
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 8, 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
а 6
Рис. 29. Схемы подвижных блоков:
а — при выигрыше в силе; б — при выигрыше в скорости.
где т)бл — к.п.д. блока, учитывающий потери на трение в подшипниках оси блока и на преодоление жесткости каната. При подшипниках скольжения т)бл 0,94 -г- 0,96, а при подшипниках качения т)бл ~ 0,96 -5- 0,98.
Применение полиспастов с подвижными блоками дает выигрыш в силе и проигрыш в скорости. Благодаря этому уменьшается передаточное 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 «пол, т.е. отношение скорости навивания каната на барабан t»caP к скорости подъема груза
/пол = ^. (59)
игр
Кратность полиспаста равна числу ветвей каната, на которые распределяется нагрузка, приложенная к подвижной обойме. На рис. 30, а и в «пол = 4, на рис. 30, б /пол — 3, на рис. 30, г гПОл = 5.
39
Натяжение тянущей ветви каната, сходящего с последнего блока и идущего к барабану, определяют по формуле
5= . Q
1ПОЛ11 пол
(60)
где т)пол— к.п.д. полиспаста.
Натяжение в ветвях полиспаста (рис. 30) вычисляют по уравнениям:
5г = 51Т]бл>
S3 = 527]бл == <$р]бл>
== 53Т]бл == 5р]бл>
Рис. 30. Схемы одинарных полиспастов:
а, б —- с ветвью, сходящей с верхнего блока; в; г — с ветвью, сходящей с нижнего блока.
Здесь п — количество всех ветвей каната полиспаста, включая тянущую.
Чтобы определить натяжение Sb рассечем канаты плоскостью /—/ и составим уравнение равновесия нижней части. Для полиспастов, у которых тянущая ветвь сходит с верхнего отклоняющего блока (рис. 30, а, б),
S2 + S8+ ... +S„-Q = 0;
£р]бл + 4- • • ♦ 4- 51Т]бл 1 — Q = О,
40
откуда
S1 = 7Z—zrA:—T7*=t- (62)
1 + ’Мл + ’Мл + + ’Мл
Для полиспастов, у которых тянущая ветвь сходит с нижнего подвижного блока (рис. 30, в, г),
<$1 + S2 + S3 4* • • • + Sn — Q — 0;
Si + 317)бл + 317]бл + • • • + Зх7]бл — <2 = 0,
откуда
1 + "Обл + Ч----------------------------------------------------------I* ’Мл1
(63)
Рис. 31. Схема сдвоенного полиспаста.
Решая совместно уравнения (60) и (62), а также уравнения (60) и (63), получим:
для полиспаста, у которого тянущая ветвь сходит с верхнего отклоняющего блока,
, 2 | | П—1
_ ^бл -Г **1бл н-г 'Ибл .
^ПОЛ - ------------------- » (Ь4)
^ол
для полиспаста, у которого тянущая ветвь сходит с нижнего подвижного блока,
it । 2 । । л“1
1 + ’Мл + ^бл + • • • + ’Мл ,СГХ
^пол — -------------• (Ьэ)
1пол
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 уравнительном 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 отдель-
Q ных полиспаста, нагруженных каждый грузом у.
Если к подвижному блоку (см. рис. 29, 6) 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
41
груза по сравнению со скоростью движения поршня. На рис. 32 показан такой полиспаст с кратностью 1ПОл
Расчет механизма подъема. В работе механиза 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 Огр, м/сек. Зная эти величины подсчитывают требуемую мощность двигателя при установившемся движении груза:
<Чр N = To£Ketn>
где т) — к.п.д. всего подъемного равный
(66)
w
Рис. 32. Схема полиспаста для выигрыша в скорости.
механизма,
'П — 'Ппол'Пбл'Пбар'П мех,
(67)
т.е. произведению к.п.д. полиспаста, блока, барабана и передаточного механизма*.
Определив требуемую мощность, подсчитывают число оборотов барабана в минуту
пб Пбар“^бар
Подставив выражение Обар из формулы (59) в формулу (68), получим
(68)
__6^° гр* пол
бар “ “^7
(69)
где Рбар — диаметр барабана по центрам витков каната.
Вычислив требуемую мощность N, по табл. 2 и 3 подбирают подходящий двигатель**, затем определяют передаточное число механизма
^мех = А • (70)
пбар
По передаточному числу и мощности на ведущем валу подбирают типовые редукторы, а затем двигатель проверяют на пуск.
* До тех пор, пока передачи не выбраны, в расчет вводят приближенную предварительную величину i)Mex; в дальнейшем ее уточняют.
♦* При ПВ = 25% N = WH0M, а пдв = пном.
42
Пусковой момент на валу двигателя в период пуска должен быть равен сумме момента статических сопротивлений Л4СТ и моментов от сил инерции поступательно движущихся масс Л4'дия и от сил инерции вращающихся масс Л1дИН, т.е.
Мпуск = Л4ст “I" Л4дин "Ь МДин* (71)
Статический момент при подъеме груза, приведенный к валу двигателя,
Л4СТ = кгв • м (дан • м), I
где i — передаточное число всего механизма, равное 1ЛОл /мех; т| — к.п.д. всего подъемного механизма.
Момент от сил инерции поступательно движущихся масс [см. формулу (3)], приведенный к валу двигателя,
Л1дин — —fflap кгс • м (дан м). ziy\g
Приняв, что движение будет равноускоренным, можем записать
1 пуск
где /пуск — длительность пуска механизма, сек.
Подставив это значение / в формулу (73), получим
Мдин оЪ^р1,гр кгс - м (дан- м).
‘иг71‘пуск
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, невелики и составляют 10—20% момента масс на валу двигателя, что учитывают коэффициентом с = 1,1 -г- 1,2.
Момент от сил инерции вращающихся масс [см. формулу (5)] на валу двигателя
(72)
(73)
(74)
(75)
, с (GD2.) е
Л4дин = —5^— кгс • м (дан • м). (76)
Здесь (GD?) — 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; s — угловое ускорение, 1 /сек2.
Поскольку движение груза принимают равноускоренным, _______________________ (Я ____ ГСГОдв ^пуск__________________________30/пуск
где ю — угловая скорость вала двигателя, 1 /сек‘, пдв — число оборотов вала в минуту.
(77)
43
Из формул (76) и (77) получим
Мдин — С Пкв кго • м (дан • м). '3/*эГпуск
(78)
Таким образом, пусковой момент на валу двигателя
М,™ - „ (дан . м). (79)
Zlrl ^VnycK о/огпуск
Для расчета длительности пуска двигателя /пуск можно по практическим данным принять МПуск — Л1Ср.пуск, т. е.,согласно формуле (8), вместо Мпуск ввести величину 0,8фдв Мном.
Решив уравнение (79) относительно /пуск, получим
/пуск —
Q^Wrp , C(GDJ) гадв 20<ii "* 375
Q£6ap сек'
(80)
О’^дв^ном 21ц
где значения фдв подсчитывают по формуле (9), а МНОм— по формуле (7).
Обычно продолжительность пуска кранов /пусК составляет 1 ч-—т* 4 сек. При большем времени пуска снижается производительность и может перегреться двигатель, при меньшем — не используется мощность двигателя.
Расчет тормозного момента. Для остановки и удержания груза на весу надо к приводному валу приложить тормозной момент (предполагается, что тормоз установлен на приводном валу), вычисляемый по формуле
МТОрм — М-а. тори . торм + Мд, ТОрМ> (81)
где Мс. торм — момент статических сопротивлений при торможении;
Мд. торм и Мд. торм —моменты динамических сопротивлений при торможении поступательно движущихся и вращающихся масс.
Статический момент Мс. торм действует при опускании груза, а динамические моменты М'д. торМ и Мд. ТоРм — только в течение периода торможения, до окончательной остановки груза.
Если торможение начинается при скорости спуска груза 0Спуск и продолжается (период торможения груза) /торм, формула для определения тормозного момента будет почти такой же, как и для пускового момента. Принципиальное различие заключается только в том, что все коэффициенты полезного действия перейдут в числители слагаемых, так как при опускании груза все внутренние сопротивления механизма способствуют торможению, и формула (79) примет вид
дж ____ Ф^бар7! . Ф^бар^спуск7? . с (GDj) пторм (дли м} (М\
/Иторм — 2(. + 20(7 + 375/тппм КгС ' м ^да м^’ (82'
44
где Лторм — число оборотов приводного вала при скорости опускания Груза Успуск*
Тормоза проектируют, исходя из величины коэффициента запаса торможения, представляющего собой отношение тормозного момента к статическому,
Рторм = т рм • (83)
' с. тори
Таким образом,
Мторм = Рторм 2) * М (дан ’ М), (84)
Госгортехнадзором для механизмов подъема рекомендованы следующие значения рт0рм: при легком режиме — 1,5; при среднем — 1,75; при тяжелом — 2.
Подставив значение Л4торм из формулы (84) в формулу (82) и решив уравнение относительно /торм, получим
Ф^бар^спуск7! с гаторм
^горм — ------------7jn—7------сеК’ (85)
,й — n '“тори 21
Обычно период торможения /торМ должен составлять 0,6-5-2 сек.
Если надо тормозить поднимающийся груз, вес его (статический момент) будет способствовать торможению. Поэтому
Л^торм = —-Л4в. тори 4” ^4д. тори 4“ А1д. тори (86)
и, следовательно,
______ 20Z "Г 375 /Q74 торм 7* (Рторм т 0 21
„ Urn
Среднее ускорение при подъеме груза / = ——, а замедление
*пуск
— / = м/сек2.
*торм
§ 4. Механизм передвижения
Принципиальная схема механизма передвижения изображена на рис. 33, а. Ходовые колеса машины / перекатываются по рельсам 2 или непосредственно по местности (пневмоколесные краны) и перемещают всю машину. Колеса связаны при помощи нескольких (обычно зубчатых, реже цепных) передач 3 с двигателем 5.
По общей схеме передач механизм передвижения сходен с механизмом подъема: как и в механизмах подъема, на одном из валов
45
установлен тормоз 4, предназначенный для удержания крана на месте при воздействии ветрового давления и при установке крана на площадке с уклоном.
Для перемещения отдельных частей крана (например, тележки по мосту или стреле) применяют канатные механизмы передвижения (рис. 33, б). К обоим концам передвигающейся по рельсам тележки 6 крана, несущей подъемный механизм, прикреплены тяговые канаты 5, один из которых огибает неподвижный блок 7; свободные концы канатов крепятся к барабану 9 так, что конец одного каната подходит к нему сверху, а конец другого — снизу. При вра-
Рис. 33. Принципиальная схема механизма передвижения: а — с зубчатой передачей; б — с канатной передачей.
щении барабана один конец свивается с него, а второй навивается, и этим обеспечивается перемещение тележки. Направление ее перемещения зависит от направления вращения барабана, который при помощи передач 10 связан с двигателем 5. В механизме имеется тормоз И.
Расчет механизма передвижения. Сопротивление перемещению крана, движущегося вверх под углом (рис. 34),
№пер = /оро^о cos а + Go sin а + + 1^вет кгс (дан). (88)
где Go — вес крана с полезной нагрузкой, кгс(дан)\ а — угол наклона местности, град\
Ц7вет— сопротивление ветра, определяемое по формуле (6);
/о — коэффициент сопротивления движению на горизонтальном пути;
р0 — коэффициент, учитывающий трение ступиц о раму и реборд колес о рельсы. Например, при подшипниках качения и конических колесах мостовых кранов fJ0= 1,5-^-2,5, а при цилиндрических колесах |30= 2,5 3,3.
Коэффициент сопротивления движению называется в теоретической механике коэффициентом тяги. При движении груза на колесах
/о = ^’ <89)
Акол
где К — плечо трения качения колеса по опорной поверхности, СМ',
f — коэффициент трения цапфы в подшипнике;
г — радиус цапфы оси колеса, см\
7?кол—радиус колеса, см.
Коэффициент трения f принимают при подшипниках скольжения 0,08—0,12; при подшипниках качения 0,01—0,02. Плечо силы
46
трения качения К для чугунных и стальных колес при качении по стальным рельсам принимают 0,05—0,08 см.
Обычно величину /оро называют основным удельным сопротивлением движению и обозначают w. Для тележек рельсовых кранов
™ = (90)
''кол
Для кранов на пневмоколесном ходу, например, принимают следующие значения w в зависимости от покрытия дороги:
Цементобетонные и асфальтобетонные . . 0,01—0,02 Щебеночные...................0,02—0,03
Грунтовые сухие и ровные........0,04—0,05
Мощность на валу двигателя меха-низма передвижения
W V f G
N=~жг квт> <91> *
где Опер — скорость передвижения, м/сек. —'JMy 57”
При канатном механизме передвиже-
ния (рис. 33, б), кроме сопротивления
передвижению №пер, учитывают сопро- Рис. 34. Схема крана на тивление, возникающее при перетяги- наклонной местности, вании грузового каната через блоки,
и сопротивление от натяжения нерабочей ветви тягового каната 8.
Расчет пускового момента. После выбора двигателя по каталогам заводов-изготовителей его проверяют на пусковой момент.
Пусковой момент двигателя механизма передвижения (рис. 33, а) определяют так же, как и для механизма подъема:
Мпуск --
W D w перкол
2it)
^о^колрпер 20(VnyCK
С(ОР-)»дв 375/иуск
кгс • м (дан • м).
(92)
Значение /Пуск определяют из формулы (92), считая при этом, что Допуск — 0,8 фдв Мной 1см. формулы (7) и (9)]. Обычно для механизма передвижения /Пуск -4-5-10 сек.
Чтобы кран тронулся с места, не буксуя колесами, должно быть соблюдено условие
^СЦ 1,5FnyCKl
(93)
где Fcu — сила сцепления между колесами крана и рельсами (или дорогой);
^пуск — тяговое усилие в период пуска.
В крановых механизмах передвижения в большинстве случаев с приводом соединены не все ходовые колеса, а только часть их. Это существенно упрощает механизм, но уменьшает сцепной вес крана, т.е. вес, создающий силу сцепления
Feu = ? 2 Р, (94)
47
где ср — коэффициент сцепления;
— суммарная нагрузка на приводные колеса (сцепной вес крана), кгс(дан).
Для рельсовых кранов, работающих в помещениях, ф = 0,15 -н -г-0,17, вне помещений ф = 0,12 ч- 0,14. Если ход—пневмоко-лесный, коэффициент сцепления зависит не только от покрытия дороги, но и от ее состояния: при сухой и чистой дороге ф — 0,5 ч--2- 0,7; при влажной и грязной ф = 0,2 — 0,4, а при гололеде ф = = 0,1 -4-0,2. На мокром чистом асфальте коэффициент сцепления относительно высок и равен 0,5; на грязном асфальте — 0,3; на сухой щебеночной дороге — 0,4; на мокрой — 0,25.
Тяговое усилие на приводных колесах в период пуска определяют по формуле
^пуск = 2A>"ycKt1Q кге (дан). (95)
и кол
Если в результате подсчета неравенство (93) не будет соблюдено, надо увеличить число ведущих колес.
Расчет тормозного момента. Тормозной момент определяют для наиболее неблагоприятных условий: когда кран движется под уклон при попутном ветре*.
Для этого случая
(Иторм = (Go sin а — f0G0 cos а -{- вет)——-f-
। ®о^кол°торм71 . с пторм . v /ас\
Ч----9(V---К---1---ч™------- кгс ' М (дан ’ м)> (96)
/игторм й/0Чорм
где «тори — число оборотов приводного вала, когда скорость передвижения крана равна оторм. В данном случае трение реборд колес может отсутствовать, поэтому принимается Ро = 1.
Предполагая, что движение равнозамедленное, можно считать период торможения
25
^рм = сек. (97)
иторм
При использовании крана в цехе наименьший путь торможения определяют, исходя из того, что работа силы сцепления на горизонтальном пути торможения равна кинетической энергии затормаживаемого крана, т.е.
= (98)
*. Для кранов, работающих в цехах, тормозной момент надо рассчитывать, исходя из заданного пути торможения.
48
откуда
St0PM “ 2₽Мр М‘ ^99)
В некоторых случаях пути торможения определяют, исходя из условий эксплуатации машины. Иногда задаются периодом торможения, величина которого обычно равна 2—4 сек.
Путь и период торможения должны быть подобраны так, чтобы тормозное усилие, приведенное к окружности колеса, ГТОрм, не превышало силы сцепления ГСц и кран не пошел «юзом», т. е. не начал бы скользить при невращающихся колесах.
Чтобы обеспечить торможение без буксования, надо соблюдать условие, аналогичное условию (93):
Fea 1,5Гтори, (100)
где Гсц определяется по формуле (94);
Гторм = кгс (дан). (101)
КОЛ1
§ 5. Механизм вращения
— шестерня /,
части
Принципиальная схема механизма вращения показана на рис. 35. На неповоротной части крана неподвижно укреплен зубчатый венец 2 большого диаметра, на поворотной которая сцепляется с зубчатым венцом и может обкатываться вокруг него. Шестерня связана с двигателем 5 при помощи нескольких передач 3. В механизме имеется тормозной шкив 4.
Расчет механизма вращения. В период установившегося движения для цеховых кранов момент сопротивления повороту Л1пов равен моменту от сил трения Мтр, а для кранов, находящихся
на открытом воздухе,— также и моменту Рис. 35. Принципиальная ОТ сопротивления ветра Л4Вет*, т. е. схема механизма вращения. Л4Тр + М вет»
В зависимости от конструкции крана его опорно-поворотная часть может быть на колонне или на поворотной платформе.
Для определения Л1тр стационарного поворотного крана с неподвижной колонной (рис. 36) составляют уравнение равновесия колонны относительно точки А
и находят радиальные нагрузки на подшипники
2 МА = — QL — GKlK + Hh = 0.
* В ряде случаев надо учитывать и сопротивление вращению, создаваемое креном крана, возникающим при уклоне путей.
49
откуда горизонтальная сила
„ QL + GKla Н==-----h----
(Ю2)
где GK—собственный Бесповоротной конструкции, кгс (дан);
1Л — расстояние от оси поворота крана до силы GK, м;
h — расстояние между подшипниками, м.
Чтобы повернуть кран, надо приложить крутящий момент
Мкр = мъ + Мн + Мш, (ЮЗ)
где Мв, МН9 Мш— моменты сил трения на верхней и нижней цапфах и на торце шипа.
Рис. 36. Стационарный поворотный кран с неподвижной колонной.
Рис. 37. Опорно-поворотное устройство на платформе.
Моменты трения на цапфах и на круговой пяте: Л1В = Я/А;
МИ = Щ^-;
(Ю4)
Mm = (Q + GK)/4« j О /
где dr и d2— диаметры цапф;
f — коэффициент трения.
Для крана с опорноповоротным устройством на платформе (рис. 37) силу сопротивления перекатыванию колес 1 по круговому рельсу 2 определяют из уравнения
l^nep = (Q + GK) ₽0 K + ?--5fd- кгс (дан), (105)
*'кол
50
где Q — вес груза, грузозахватного устройства и подвесной обоймы полиспаста, кге (дан);
GK — вес поворотной части крана с противовесом, кге (дан).
Момент трения при повороте
Л1тр = кге • м (дан • м). (106)
Обычно механизм вращения имеет зубчатую передачу с наружным или внутренним зацеплением.
Дополнительные моменты трения, возникающие в центральной цапфе от реактивных сил механизма вращения, ветровой нагрузки на вращающуюся часть крана и т.д., относительно малы, так как плечо трения невелико, и учитываются коэффициентом 1,05—1,07.
Мощность на валу двигателя механизма поворота
М = (107)
где пвр — число оборотов крана в минуту.
Расчет пускового момента. В полный момент сопротивления повороту в период пуска, т. е. в пусковой момент, кроме моментов трения Л4Тр и сопротивления ветра Л4вет, входят еще моменты сил инерции вращающихся деталей механизма М^я и сил инерции массы поворотной части машины и груза /ИдаН.
Таким образом, пусковой момент двигателя
Мпуск = 4- мдин Л1дИН кге . м (дан • м), (108)
где
(109) 0/04 пуск
<н = ^-р. (ПО)
Здесь^Л — сумма моментов инерции вращающихся элементов крана и груза (см. рис. 4);
евр—угловое ускорение вращения поворотной части крана;
• ,гДВ
I — передаточное число механизма вращения, равное—.
пвр
Угловое ускорение вращения крана
вр“ 'пуск ~ 30/пуск ~ 10/пуск ’ Щ '
где пВр— число оборотов крана в минуту при установившемся движении.
Подставив это Значение в формулу (110), получим
<112>
51
Исходя из формул (108)—(112)
КгС М <даН -М>- 13> °'°* пуск 1Ut7rnyCK
Из формулы (113) определяют период пуска /пуск, принимая Л1пуск = 0,8фдВЛ4Ном. Обычно /пуск = 4-5- 10 сек. Увеличение /Пуск приводит к снижению производительности машин и перегреву двигателя, а уменьшение — к неполному использованию его мощности.
При выборе двигателя для механизма вращения крана следует иметь в виду, что в пусковой период двигателю приходится развивать значительный динамический момент /ИдаН, который превышает момент от силы трения. Поэтому мощность двигателя механизма вращения крана, как правило, приходится принимать большей, чем требуется по уравнению (107).
Тормозной момент. Требуемый для остановки крана в течение периода /Торм тормозной момент, приложенный к валу двигателя,
c(GD*)
^торм I , М вет7}
Т0Р” ~ 375/торм + Т0^ + —i м
----Д кгс • м (дан • м), (114)
где «тори — число оборотов приводного вала при числе оборотов крана лвр.
Таким образом, из формулы (114) следует, что действие ветра увеличивает тормозной момент (ветер принят попутным), а силы трения, способствующие торможению, уменьшают его.
Определив из формулы (114) период торможения /торм и считая движение равнозамедленным, нетрудно подсчитать путь торможения, выраженный в частях оборота крана,
. _ ”вр*торм
Р ~' 2 • 60 ‘
Обычно р = 1/24 -5-1/12, т. е. 15—30°.
§ 6. Домкраты
Домкрат — простая машина для подъема груза на небольшую высоту (обычно до 0,5—0,6 м). Наиболее распространены реечные, винтовые и гидравлические домкраты.
Реечный домкрат (рис. 38) состоит из деревянного или металлического корпуса /, в котором по направляющим перемещается зубчатая рейка 2, имеющая наверху грузовую поворотную головку 6, а внизу лапу 7 для подъема низко расположенных грузов. Грузоподъемность на лапе обычно равна половине основной грузоподъемности на головке домкрата. Рейка перемещается по направляющим корпуса при вращении рукоятки 3, передающей движение через зубчатую передачу 5. С целью достижения компактности передаточного
52
механизма диаметр малых шестерен и число их зубьев делают минимальными (4—5 зубьев), а передаточное число каждой пары принимают не более 4—6.
Для удержания поднятого груза и предотвращения его самопроизвольного опускания на валу приводной рукоятки установлен грузоупорный тормоз 4, обеспечивающий безопасность работы (безопасная рукоятка).
Усилие, требуемое для подъема груза (рис. 38, а)
4 2
Л 7)
кгс (дан),
(Н6)
Рис. 38. Реечный домкрат: а — схема; б — конструкция.
где Q — вес поднимаемого груза, кгс(дан)',
(1Ш — диаметр начальной окружности ведущей шестерни, связанной с рейкой, м;
г — длина плеча рукоятки, м\
i — передаточное число зубчатой передачи;
q — к. п. д. механизма домкрата, равный 0,8—0,85 при непосредственном зацеплении ведущей шестерни с рейкой и 0,65— 0,67 при наличии промежуточных шестерен.
Реечные домкраты изготовляют грузоподъемностью 3—5 т при максимальной высоте подъема 0,4—0,6 nt. Их применяют для правки стальных конструкций и подъема грузов при погрузочно-разгрузочных, монтажных и ремонтных работах.
Винтовой домкрат (рис. 39, а) состоит из корпуса /, чугунного или стального винта 2 с прямоугольной или трапецеидальной резь-
бой, бронзовой гайки 8 и приводной рукоятки 6. На верхнем конце винта свободно укреплена грузовая головка 3, которая, упираясь в поднимаемый груз, остается во время вращения винта неподвижной.
Для удобства вращения приводная рукоятка часто снабжается трещоткой (рис. 39, б). В этом случае на квадратной части 11 винта закрепляется колесо с зубьями 4. Рукоятка, свободно надетая на круглую часть винта, при возвратно-поступательных движениях цепляет концом собачки 7 за зубья колеса и поворачивает его вместе с винтом.
а
53
В зависимости от направления вращения винта собачку поворачивают на оси 5 в одно из крайних положений, где она удерживается стопором 9 с пружиной 10.
Окружное усилие Р, требуемое для вращения винта, нагруженного силой Q, определяют по формулам, известным из курса деталей машин:
при работе на подъем
Рр. п = у tg (р + а) кге (дан); (117)
при работе на спуск
Рр.с = у tg(p — а) кге (дан). (118)
Чтобы груз мог оставаться в поднятом положении, не вызывая обратного вращения винта, надо обеспечить Рр. с > 0, т.е. tg (р — а) > > 0 или р — а >0. Это определяет условие самоторможения винта.
Винтовые домкраты обычно выполняются самотормозящимися и не требуют никаких дополнительных устройств для удержания груза. Поэтому угол подъема винтовой линии а в винтовых домкратах принят меньше угла трения р (обычно а = 4 6°).
Так как к. п. д. винта
7) (119)
при соблюдении условия самоторможения (а < р) к. п. д. винтового домкрата всегда меньше 0,5, что является его недостатком.
Действительно, при а = р
Т] = = °,5 (1 - tg2 а) < 0,5. (120)
54
Q
Рис. 40. Гидравлический домкрат.
Винтовые домкраты изготовляют грузоподъемностью от 2 до 50 т. При грузоподъемности, превышающей 20 г, вращение винта домкрата осуществляется через червячную передачу. Некоторые типы домкратов выпускают на салазках, горизонтальный винт которых позволяет перемещать груз на небольшие расстояния по горизонтали — в пределах 200—250 мм.
Винтовые домкраты могут быть как с ручным, так и с электрическим приводом.
Гидравлический домкрат. Подъем груза гидравлическим домкратом (рис. 40) осуществляется при подаче в его цилиндр жидкости под давлением, а спуск — при истечении этой жидкости через спускной канал. Регулируя степень открытия спускного крана, можно изменять скорость истечения жидкости и, следовательно, скорость опускания груза. Рабочая жидкость — минеральное масло или вода, смешанная с глицерином — подается в цилиндр домкрата насосами с ручным или машинным приводом. Насосы могут быть объединены с домкратом в блок или установлены рядом (раздельно) и присоединены к домкрату трубопроводом. При раздельной
установке один насос может обеспечить работу группы домкратов.
На рис. 40 показан единый блок, состоящий из домкрата, поршневого насоса с ручным приводом и бака для масла. Качательное движение рукоятки 5 насоса вызывает возвратно-поступательное движение поршня 4 в цилиндре 3. При этом масло из бака 6 засасывается клапаном 7 и подается через нагнетательный клапан 2 в цилиндр 1 домкрата.
При подъеме груза Q требуется создать в цилиндре 1 давление р = | кгс 1см2 (дан/см2), (121)
где F — площадь поперечного сечения цилиндра, см2.
Для создания этого давления в насосе к его поршню следует приложить усилие
Р = pf = Q -L =Q~2KZC (дан), (122)
где f — площадь поперечного сечения поршня, см2.
Поскольку усилие к поршню насоса прикладывается через рукоятку, рабочее усилие на рукоятке, требуемое для подъема груза, = 7 4кгс (123)
55
где г и I — плечи рукоятки, м;
т] — к. п. д. домкрата, равный 0,75—0,8.
Как следует из формулы (123), подобрав малое соотношение
d2/D2, можно получить большой выигрыш в силе. Поэтому гидравли-
ческие домкраты большой грузоподъемности имеют относительно
небольшие габариты и массу. В строительной промышленности наиболее распространены домкраты массой 180—300 кг, грузоподъемностью 100—200 т при высоте подъема 0,15— 0,2 м.
Рис. 41. Схема групповой работы гидравлических домкратов при питании от одной насосной установки.
При подъеме крупных сооружений (пролеты мостов, доменные печи и т.п.) массой в сотни и даже тысячи тонн применяют несколько домкратов, соединенных в общую батарею с питанием от насосной установки (рис. 41). Запорная арматура, установленная на каждом домкрате батареи, позволяет отключить любой из них и регулировать скорость опускания и подъема.
Рис. 42. Схема действия гидравлического домкрата непрерывного подъема.
Для подъема груза на высоту, превышающую высоту подъема домкрата, применяют гидравлические домкраты непрерывного действия, у которых груз поднимается цилиндром, а поршень опирается на основание (рис. 42). Такие домкраты, кроме цилиндра и поршня, имеют возвратные пружины, сжимающиеся при подъеме цилиндра и обеспечивающие подтягивание поршня в цилиндр после выпуска из него жидкости.
Порядок работы таков: / — цилиндр поднимается с грузом в верхнее положение, возвратные пружины сжимаются, и под лапы
66
цилиндра подводят опорные брусья; // — открывается спускной клапан, и поршень под действием возвратных пружин подтягивается в цилиндр; III — под основание поршня подкладывают опорные брусья; IV — включается насос, и цилиндр поднимает груз еще на один ход домкрата. В дальнейшем цикл может повторяться.
§ 7. Тали
Тали представляют собой простые по устройству и небольшие по размерам грузоподъемные механизмы, подвешиваемые к высоко расположенным опорам. В зависимости от привода различают тали
ручные и электрические.
Ручная таль это полиспаст, у которого в качестве тягового органа используются пластинчатые шарнирные или сварные калиброванные цепи, огибающие звездочки или цепные блоки. Применение цепей исключает необходимость в барабане и позволяет сделать механизм компактным и легким.
Наиболее распространены ручные тали с червячным подъемным механизмом (рис. 43). Крюком 6 они подвешиваются к конструкции (тренога, козлы, балки и т. п.), расположенной над грузом, который поднимается при помощи грузового крюка 1. При вращении бесконечной цепью 9 приводного колеса 7 движение через червяк 8 и червячную шестерню 5 передается ведущей звездочке 4, которая с помощью грузовой цепи 2 поднимает или опускает крюковую обойму.
С целью повышения коэффициента полезного действия червячная передача в талях выполняется несамотормозящейся с двухзаходным червяком. Поэтому для удержания
Рис. 43. Таль ручная червячная.
поднятого груза и безопасности его спуска
в червячных талях применяют конусные или дисковые грузоупорные тормоза 3. В этих тормозах для создания тормозного момента используется осевое усилие червяка S, создаваемое весом груза Q
67
(рис. 44). Поскольку осевое усилие зависит от веса груза, грузоупорные тормоза, применяемые в талях, обладают ценным свойством саморегулирования и работают вполне надежно.
Конусный грузоупорный тормоз (рис. 44, а) состоит из внутреннего конуса /, закрепленного на валу червяка, и храпового колеса
Рис. 44. Грузоупорные тормоза червячных талей: а — конусный; б — дисковый.
<3, имеющего конусное углубление и пяту, которой оно упирается в неподвижную опору 2. Направление осевого усилия при подъеме и опускании груза не изменяется, поэтому рабочие поверхности тормоза всегда остаются прижатыми друг к другу. Во время подъема червяк вместе с храповым колесом свободно вращается, так как собачка 4 скользит по зубьям колеса. При остановке груза собачка упирается в зуб колеса, предотвращая самопроизвольное опускание груза.
Для опускания груза рабочий должен вращать приводное колесо в обратном направлении и преодолевать избыточный тормозной момент на конусных поверхностях тормоза. При этом храповое колесо стоит неподвижно, а внутренний конус с червячным валом вращается.
Отрицательным свойством конусного тормоза является необходимость затрачивать энергию на опускание груза.
Работа дискового грузоупорного тормоза (рис. 44, б) в червячных талях не отличается от работы конусного тормоза.
Переносная шестеренчатая таль (схема) показана на рис. 45.
Рабочее усилие для подъема груза Q
P = ±кгс (дан), (124)
1пол 1пер ''ч
где /пол — кратность полиспастной подвески;
г — радиус ведущей звездочки, м\
inep — передаточное число червячной передачи;
Рис. 45. Схема ручной тали с цилиндрической передачей.
58
R — радиус приводного колеса, м\
Я — к. п. д. тали, равный 0,53 — 0,77.
Ручные тали изготовляют грузоподъемностью от 1 до 10 г при высоте подъема 3 м. Их используют для монтажа и ремонта обору-
дования, а также для различных вспомогательных работ при монтаже конструкций.
Тали, укрепляемые на тележках, перемещающихся по монорельсам, называются кошками.
Электрические передвижные тали. Компактные электрические лебедки, подвешиваемые к тележкам, которые передвигаются по рельсу, называются электротельферами (рис. 46). Тележки электроталей в большинстве случаев имеют электрический привод.
Рис. 46. Таль электрическая передвижная (электротельфер): а — общий вид; б — кинематическая схема; в — схема грузоупорного тормоза.
Управление электротельфером осуществляется снизу при помощи свисающего легкого пульта с кнопками, соединенного с электроаппаратурой тельфера гибким кабелем.
Электроталь состоит из электродвигателя /, барабана 3, на котором подвешен грузовой полиспаст с крюковой обоймой 2, зубчатой передачи 4 и би автоматического грузоупорного дискового тормоза 5. Как только груз отделится от земли, на зубчатом колесе 9 возникает
59
момент, который перемещает колесо по резьбе 11 к храповику 12 и зажимает его, после чего эта система (диск 7, храповик и зубчатое колесо) продолжает вращаться как одно целое.
По окончании подъема и прекращении работы привода груз начал бы опускаться и вращать валы механизма в обратную сторону, но собачка 8 сейчас же упирается в храповик и останавливает его. Вследствие этого останавливается и зубчатое колесо, связанное с храповиком силой трения, и дальнейшее опускание груза прекращается.
При опускании груза вал 10 вращается в сторону опускания, зубчатое колесо отходит от храповика вправо, тормоз размыкается,
Рис. 47. Профили однорельсовых подвесных путей:
а — двутавровый; (б — специальный тавровый; в — коробчатый; г — крестообразный.
и груз под действием собственного веса опускается. Однако, подчиняясь закону свободного падения, он опускается не равномерно, а ускоренно, приводя в такое же ускоренное движение все звенья подъемного механизма, в том числе и зубчатое колесо. В результате через короткий, промежуток времени зубчатое колесо начинает обгонять вал и перемещаться по резьбе 11 влево, доходит до храповика и зажимает его. При этом тормоз замыкается и останавливает груз. Продолжающий вращаться в направлении опускания груза рабочий вал снова отводит зубчатое колесо вправо, размыкает тормоз, и груз снова получает возможность свободно опускаться, что завершается, как и в первом цикле, автоматическим замыканием тормоза.
Таким образом, процесс опускания груза при этом тормозе состоит из ряда чередующихся свободных падений и остановок. Чтобы сократить продолжительность и путь отдельных падений груза, при регулировании тормоза стараются довести зазор е до минимума. В хорошо отрегулированном тормозе неравномерность опускания груза практически не должна ощущаться.
Монорельсы для передвижения талей имеют сечения различной формы (рис. 47): в виде двутавра, специального тавра, коробчатого,
60
крестообразного и других профилей. Наиболее распространены профили двутавровый и специальный тавровый.
Электрические передвижные тали выпускают грузоподъемностью от 0,25 до 5 г при высоте подъема 6 м. Применяются также электро-тали грузоподъемностью 10 т. Благодаря компактности конструкции, простоте обслуживания и легкости установки электротали находят широкое применение на заводах стройиндустрии для выполнения подъемно-транспортных, монтажных и ремонтных работ. Кроме того, электроталь иногда является составной частью машины, выполняя функции механизма подъема, например в мостовых кранах (см. § 14).
§ 8. Лебедки
Лебедка представляет собой машину для перемещения груза, в которой тяговый орган (канат) навивается на барабан или свивается с него.
Лебедки бывают общего назначения, применяемые как самостоятельный механизм, и специальные, входящие
Рис. 48. Электрореверсивная подъемная лебедка с тяговым усилием 5 тс: а — конструкция; б — кинематическая схема.
в состав кранов или других строительных машин. Специальные крановые лебедки подразделяют на подъемные (для механизмов подъема грузов, изменения угла наклона крановых стрел, самоподъ-ема кранов и подъема крановых обойм), тяговые (для механизмов передвижения грузовых тележек) и поворотные (для механизмов вращения поворотных кранов).
По конструкции передаточного механизма от двигателя к барабану различают электрореверсивные и фрикционные лебедки.
Электрореверсивные лебедки. У подъемных электро-реверсивных лебедок (рис. 48) двигатель 9 через упругую муфту 4 и шестерни цилиндрического (реже червячного) редук-
GI
2 3 4 5 6 7 6
Рис. 49. Соединительная упругая муфта электрореверсивной поворотной лебедки, совмещенная с муфтой предельного момента.
пениальные тягов
тора вращает барабан 2. Для них характерна жесткая кинематическая связь барабана с двигателем, при которой направление вращения барабана регулируется изменением направления вращения (реверсированием) двигателя.
Жесткая связь барабана с двигателем осуществляется зубчатой передачей редуктора 3. Иногда для увеличения передаточного числа механизма или в связи с конструктивными соображениями, помимо редуктора, применяют открытые зубчатые передачи.
Пуск и реверсирование двигателя осуществляется электрической пусковой аппаратурой: барабанным контроллером 7, магнитными пускателями 8, контакторами и т. п. Эта аппаратура устанавливается на раме 1 или в месте, удаленном от лебедки. При раздельной установке лебедки и ее пусковой аппаратуры значительно удлиняются соединяющие провода, но зато можно управлять несколькими лебедками из одного наиболее удобного для работы крановщика места — кабины управления краном.
Электрореверсивные лебедки оборудованы стопорными колодочными тормозами 5, которые управляются длинноходовыми или короткоходовыми электромагнитами 6. Тормозным шкивом служит полумуфта упругой муфты 4, диаметр которой в месте прижатия колодок несколько увеличен.
ые электрореверсив
ные лебедки, применяемые в механизмах передвижения крановых грузовых тележек, отличаются от подъемных меньшим тяговым усилием и меньшей канатоемкостью барабана, которая определяется относительно небольшой длиной пути, проходимого тележкой.
Специальные поворотные лебедки механизмов вращения кранов отличаются от подъемных и тяговых большими усилиями, меньшими скоростями навивки и малой канатоемкостью барабана. Приводы поворотных лебедок снабжены фрикционными муфтами предельного момента, предохраняющими механизмы вращения от перегрузок, возникающих при быстром разгоне или резком торможении. Обычно эти муфты установлены на входных валах редукторов в сочетании с упругими соединительными муфтами.
Соединительная упругая муфта, совмещенная с муфтой предельного момента (рис. 49), состоит из двух полумуфт. Полумуфта 8
62
укреплена на валу электродвигателя. Пальцами 7 с резиновыми кольцами 5 она соединена с диском 4, к конусным поверхностям которого болтом 3 и пружиной 2 прижато кольцо 6. Полумуфта 1 редуктора служит тормозным шкивом колодочного тормоза лебедки. При
возникновении опасного крутящего момента конусный диск 4 вместе с полумуфтой 8 проскальзывает относительно полумуфты 1 и кольца 5', предотвращая поломку механизмов и конструкций.
Электрореверсивные лебедки надежны в работе, просты в управлении и поэтому являются наиболее эффективными грузоподъемными устройствами, применяемыми как самостоятельно, так и в качестве крановых механизмов.
Фрикционные лебедки. У них барабан 1 (рис. 50) подключен к двигателю Д через фрикционную муфту 2. Двигатель через клиноременную
Рис. 50. Фрикционная лебедка с тяговым усилием 1 тс: а— общий вид; б — кинематическая схема.
(зубчатую, цепную) передачу 3 вращает зубчатое колесо 4. Барабан 1 нормально не имеет связи с вращающимся зубчатым колесом и поэтому не вращается. Включение барабана, т. е. его соединение с вращающимся зубчатым колесом, производится конусной или ленточной фрикционной муфтой.
При использовании конусных фрикционных муфт барабан 6 (рис. 51) с храповым колесом 7 и вращающееся зубчатое колесо 2 свободно сидят на неподвижной оси 11 и имеют упорный подшипник 1. Зубчатое колесо 2 имеет конусный выступ 3 (или конусные колодки), на внешней поверхности которого прикреплена фрикционная лента 5, а барабан 6 имеет соответствующую этому выступу коническую расточку 4. На конце оси барабана нарезана ленточная резьба, на которую навинчена нажимная гайка 8 с упорным подшипником 10. Поворачивая гайку рычагом управления 9, барабан перемещают по оси до его зацепления с зубчатым колесом. Поворотом рычага в обратную сторону барабан выключают, так как гайка выводит его из зацепления.
Ленточные фрикционные муфты используют при жестком закреплении зубчатого колеса на валу барабана.
63
Они бывают с наружной или с внутренней лентой. Ленточные фрикционы закрепляются на вращающемся зубчатом колесе или на валу барабана, зажимая его обод с внешней стороны (наружные ленты)
Рис. 51. Конусный фрикционный механизм.
или сцепляясь с его внутренней частью (внутренние ленты). В обоих
случаях ленточные муфты обеспечивают сцепление неподвижного
барабана с вращающимся зубчатым колесом и валом.
Рис. 52. Ленточный тормоз с храповым остановом.
Двигатель фрикционной лебедки вращает зубчатое колесо всегда в одну сторону. Подъем груза осуществляется после включения фрикционной муфты, а спуск — под действием его собственного веса, когда муфта выключена. Для регулирования скорости опускания груза используют спускные ленточные нормально замкнутые и — реже — нормально открытые тормоза. При этом фрикционные лебедки обору
дуют храповыми остановами, обеспечивающими удержание груза в поднятом состоянии или его стопорение при внезапном отключении двигателя.
Ленточный замкнутый тормоз применяют в сочетании с храповым остановом (рис. 52). В этой конструкции тормозной шкив 2
64
свободно сидит на втулке барабана 5, а храповое колесо 1 жестко закреплено на валу 6 барабана и всегда вращается вместе с ним.
При подъеме груза барабан с храповым колесом вращается, а тормозной шкив с собачкой 3 остается неподвижным. Шкив удерживается замкнутым ленточным тормозом 4 (собачка проскальзывает по зубьям храпового колеса). При опускании груза тормоз размыкается и барабан может вращаться вместе с собачкой и освобожденным шкивом. Замыкание тормоза во время опускания груза застопоривает шкив с собачкой, которая, упираясь в зубья храпового колеса, останавливает груз. Такое устройство исключает необходимость ручных операций с собачкой и размыкания тормоза во время подъема груза, обеспечивая более простую и безопасную эксплуатацию фрикционной лебедки.
Фрикционное включение барабана дает возможность конструировать лебедки с несколькими барабанами и одним двигателем.
Фрикционные лебедки, хоть и уступают по удобству эксплуатации, надежности и безопасности электрореверсивным лебедкам, все же довольно широко распространены. Их используют при работе с двигателями внутреннего сгорания, которые не могут реверсироваться и останавливаться во время работы, при обслуживании одним двигателем нескольких барабанов (многобарабанные лебедки), подтягивании грузов или выпрямлении арматурной проволоки самотасками, где не исключена возможность резкого возрастания усилия, а также в машинах, где требуется свободное вращение барабана лебедки.
Электрореверсивные лебедки выпускают с тяговым усилием 0,5 ч- 12 гс, фрикционные — 0,5 ч- 5 тс. Грузоподъемность монтажных однобарабанных лебедок достигает 75 т,
§ 9. Строительные подъемники.
Переносные краны-подъемники
Строительными подъемниками называют грузоподъемные машины, в которых для перемещения груза есть специальное устройство (платформа, клеть, ковш), движущееся по жестким направляющим.
Различают мачтовые и скиповые подъемники. Первые перемещают грузы только в вертикальном направлении, вторые — и в наклонном.
Мачтовые подъемники. Наиболее распространена серийно выпускаемая конструкция сборно-секционных мачтовых подъемников (рис. 53, а, б), которые представляют собой решетчатую мачту прямоугольного сечения 6, устанавливаемую на опорной платформе 11 непосредственно у строящегося здания 9. Мачта состоит из отдельных секций, соединяемых болтами во время монтажа. Нижняя и верхняя секции оборудованы направляющими блоками 3 и 8 для каната. По мере увеличения высоты здания мачту подъемника нара-
* Скиповый подъемник -— от англ, scoop — ковш.
3 5-29!
65
щивают дополнительными промежуточными секциями. Мачты большой высоты (более 10 м) крепят кронштейнами 7 к стене строящегося здания. По направляющим мачты при помощи каната 2 и лебедки 1 перемещается на роликах каретка 5 с грузовой платформой 4.
г
Рис. 53. Мачтовый строительный подъемник:
а — принципиальная схема; б — конструкция; в —устройство для выгрузки материалов внутрь здания; г — подъемник в транспортном положении.
Грузы с платформы обычно подают на этажи через оконные проемы. Чтобы механизировать подачу груза в оконный проем здания, на платформе 4 (рис. 53, в) монтируют стрелу 14 с гуськом 13 и стопорным устройством 12. В нижнем положении к карабину гуська стрелы прикрепляют груз. Каретка стрелы поднимается до требуемого этажа и стопорится электромагнитными стопорами. Затем грузовой канат 2 ослабляют, после чего стрела поворачивается вокруг нижнего шарнира, гусек при помощи оттяжки спрямляется и тем
66
самым подает груз в проем здания. Если подаются штучные материалы, на карабин гуська надевают площадку или контейнер, если сыпучие — бадью, ящик или ковш. Для сыпучих материалов хорошо применять емкости опрокидные или с раскрывающимися днищами.
Мачтовые подъемники применяют главным образом для подачи материалов во время отделочных .сантехнических, электромонтаж
ных и ремонтных работ. Их грузоподъемность 0,3—0,5 г, скорость подъема 0,4—0,6 м/сек, высота подъема до 60 м. Чтобы сделать подъемники мобильными, их
Рис. 54. Грузо-пассажирский мачто- Рис. 55. Передвижной скиповый
вый подъемник: подъемник.
/ — лебедка; 2 — будка машинного отделения; 3 — кабина; 4 — кронштейн; 5 —
головка-, 6-мачта. ОПОрНуЮ ПЛЗТфОрМу Оборудуют двумя пневматическими колесами 10 (рис. 53, б). Нижнюю секцию мачты или неразборную мачту подъемника небольшой высоты переводят в транспортное положение собственной лебедкой и перемещают на буксире за грузовым автомобилем (рис. 53, г).
При строительстве многоэтажных зданий для подъема людей на рабочие места используют мачтовые приставные подъемники (рис. 54), оборудованные кабиной 3 с ловителями на случай обрыва каната и выдвижной платформой для безопасного перехода людей в здание.
3’
67
Скиповые подъемники служат для перемещения насыпных материалов и выполняются вертикальными или наклонными.
Наклонный скиповой подъемник (рис. 55) установлен на тележке 7 и состоит из ковша 1, шарнирно укрепленного на раме 2 и перемещаемого по направляющим швеллерам 4. Ковш перемещается канатом 3, огибающим направляющий блок 5 и идущим к барабану лебедки 6. Передние ролики 8 ковша катятся по нижней полке направляющих швеллеров, которая в месте разгрузки закругляется и переходит в горизонтальное положение. Задние ролики 9 движутся по верхней прямолинейной полке. При подъеме ковша его передние ролики попадают на горизонтальный участок и доходят до упора, а задние ролики продолжают двигаться прямолинейно, опрокидывая ковш и разгружая материал в приемный бункер.
Скиповые подъемники используют в строительстве для подъема песка, щебня, гравия на бетоносмесительных установках и растворных узлах, а также для подачи различных сыпучих материалов на складах и предприятиях строительной индустрии. Грузоподъемность их 1—2 т при высоте подъема 5—15 м и скорости подъема до 80 м/мин.
Требуемое усилие W для расчета мощности двигателя определяется при движении платформы весом Спл с грузом Q на колесах по наклонным направляющим с углом наклона а и при наличии противовеса Gnp (рис. 55) по формуле
W7 = (вПл Q — Gnp) sin а 4- (ОПл "Т Q 4"
4- Gnp) w cos а кгс (дан). (125)
Здесь w — основное удельное сопротивление движению.
Для вертикального подъемника (а = 90°) без противовеса
W0 — k (Gnn 4- Q) кгс (дан), (126)
где k — коэффициент, учитывающий потери на трение в направляющих 1,15 -г- 1,2).
Усилие в канате наклонного подъемника с противовесом
SK = (Опл 4- Q) (sin а 4- wcos а) кгс (дан). (127)
В вертикальном подъемнике без противовеса SK = IFO.
Производительность подъемников и условия их применения.
Количество подъемов в 1 ч
где h — высота подъема, м;
vn и Осп — скорости подъема и спуска, м/мин;
tn — суммарное время, затрачиваемое на погрузку и разгрузку, мин.
68
Сменная производительность подъемника
/7СМ = Qn/ip т, (129)
где Q — груз, поднимаемый за один раз, т;
пр — продолжительность чистой работы подъемника в смену, ч.
Производительность подъемника может быть увеличена улучшением организации работ на строительной площадке (увеличение ир) и сокращением времени погрузочно-разгрузочных работ /п в результате их максимальной механизации.
Строительными подъемниками механизируют только подъем материалов. Перемещать грузы в горизонтальном направлении (подача материалов к подъемнику) и на уровне строящегося здания (подача материалов к рабочим местам) ими нельзя. Этим подъемники принципиально отличаются от кранов, пригодных для перемещения грузов в пространстве в разных направлениях. Несмотря на это, подъемники широко используют в строительстве, так как они просты в изготовлении, их можно легко и быстро перевозить, монтировать и демонтировать.
Использование строительных подъемников экономически целесообразно в двух случаях: 1) когда общий объем строительных работ небольшой (строительство отдельно стоящих зданий) и высокие расходы по доставке и монтажу кранов не оправданы; 2) когда подъемники работают совместно с кранами, обеспечивая подачу вспомогательных материалов (для отделочных, электромонтажных и прочих работ) и освобождают кран для выполнения основных строительных работ.
Легкие переносные краны-подъемники по своему назначению и области применения подобны строительным подъемникам: они обеспечивают только вертикальный подъем грузов массой 150—500 кг и используются там, где невозможно или нецелесообразно ставить более дорогие подъемники, а также на погрузочно-разгрузочных работах. Такие краны устанавливают на перекрытия или в оконные (дверные) проемы строящегося здания и переносят по мере надобности с одного уровня на другой.
По конструктивному исполнению их можно разделить на два типа: свободно устанавливаемые и прикрепляемые к конструкциям здания.
Наиболее распространенная конструкция свободно устанавливаемых кранов (рис. 56) имеет в качестве основания ходовую тележку 7, на которой установлен трубчатый стакан 2. В него вставлен стальной стержень поворотной рамы 5, благодаря чему рама может поворачиваться относительно основания. На поворотной раме шарнирно закреплена трубчатая стрела 8, удерживаемая тягой 6, установлена лебедка 4 с червячным редуктором и аппаратурой управления и расположен противовес 5. Лебедка обеспечивает подъем и опускание груза при помощи двукратного полиспаста с крюковой обоймой 10. Поворот рамы со стрелой, изменение вылета стрелы и передвижение крана выполняются вручную.
69
Рис. 57. Установка крана-подъемника грузоподъемностью 0,135 т; а — в оконном проеме; б — на перекрытии.
Вылет стрелы изменяется винтовой стяжкой 7, укорачивающей или удлиняющей тягу 6. На конце стрелы установлен ограничитель высоты подъема крюковой обоймы, выполненный в виде рычага 9, который при своем повороте воздействует на конечный выключатель и отключает электродвигатель лебедки.
Примером переносного крана, укрепляемого на здании, может служить конструкция (рис. 57), у которой лебедка 5 и стрела 1 закреплены на поворотной трубчатой стойке 7. Трубчатая стойка вращается в верхнем и нижнем подпятниках 6 и имеет в нижней своей части гайку, которая позволяет удлинять стойку, закрепляя её в оконном проеме. При установке крана на перекрытии (рис. 57, б) стойка удерживается в вертикальном положении двумя жесткими подкосами 8. Грузовой канат имеет на нижнем конце крюк 2 и противовес 3 для натяжения каната при опускании крюка.
После поднятия груза до горизонтальной стрелы, удерживаемой тягой 4, крюковая подвеска упирается в конец стрелы и в дальнейшем поднимается вместе со стрелой, изменяя ее вылет. Это позволяет повернуть стрелу внутрь помещения, где разгружают груз.
Переносные краны-подъемники легко разобрать на составные части и перенести на новое место установки.
§ 10. Стреловые стационарные краны
В отличие от подъемников стреловые стационарные краны механизируют не только вертикальное, но и горизонтальное перемещение груза в зоне, охватываемой стрелой. Для этого краны имеют механизмы подъема груза, изменения вылета стрелы и поворота стрелы.
К стреловым стационарным кранам относятся мачтово-стреловые краны, краны-мачты и заводские поворотные краны.
Мачтово-стреловые краны. Их характерной особенностью является стационарно устанавливаемая мачта, поддерживаемая канатными растяжками — вантами или жесткими раскосами. При первом способе крепления мачты краны называются вантовыми, а при втором — жестконогими.
К мачте кранов шарнирно крепится стрела. Стрела и мачта совместно поворачиваются вокруг вертикальной оси. Подъем груза, изменение вылета стрелы и поворот мачты осуществляются лебедками, расположенными у основания мачты.
Вантовые краны (рис. 58, а) состоят из мачты 9, стрелы 8, грузового полиспаста 6, стрелового полиспаста 3, электрических лебедок 14, опорной балки 11 и удерживающих мачту вант 2. Нижний и верхний концы мачты находятся в специальных неподвижных опорах 1 и 15 (рис. 58, г), дающих возможность мачте совместно с закрепленной у ее основания стрелой поворачиваться при помощи поворотного круга 10 и тягового каната 16 на 360° вокруг вертикальной оси.
71
Для растяжек-вант применяют стальные канаты, количество которых от 4 до 12 определяется грузоподъемностью мачтово-стреловых кранов. Вантовые канаты 2 от верхней неподвижной опоры 1
Рис. 58. Вантовый мачтово-стреловой кран грузоподъемностью 15 т: а — общий вид; б — оголовок; в — диаграмма грузоподъемности; г — нижняя опора крана.
(рис. 58, б) натягивают стяжными муфтами или полиспастами с ручными лебедками и прикрепляют к естественным или искусственным, якорям. Ручные лебедки или стяжные муфты служат для регулирования натяжения вант в процессе эксплуатации крана. В вантовых мачтово-стреловых кранах мачта длиннее стрелы примерно на 20—
72
40%, и поэтому при угле наклона вант около 30° стрела имеет возможность свободно проходить под вантами.
Нижней опорой мачты является шаровая пята 15 с осевым отверстием для прохода сбегающих ветвей канатов 17 крановых полиспастов к лебедкам. Шаровая опорная поверхность пяты обеспечивает возможность некоторого отклонения мачты от вертикали в связи с упругими деформациями вант и неравномерностью их натяжения.
Стрела 8 мачтово-стреловых кранов удерживается в наклонном положении стреловым полиспастом 3; на конце стрелы подвешен грузовой полиспаст 6. Сбегающие ветви канатов обоих полиспастов через направляющие блоки вводятся внутрь мачты коси ее вращения: канат стрелового полиспаста — в верхней части мачты, а канат грузового полиспаста — в нижней. Оба каната проходят через отверстие в пяте мачты вниз и через направляющие блоки 12 и 13 идут на барабаны лебедок 14, устанавливаемых на расстоянии 15— 30 м от крана. В мачтово-стреловых кранах применяют электро-реверсивные или многобарабанные фрикционные лебедки.
Иногда к оголовку основной стрелы шарнирно крепят дополнительную насадку-гусек 4 (рис. 58, а), имеющую свой грузовой полиспаст 5. Сбегающий канат полиспаста 5 также пропускается через отверстие в опорной пяте мачты и навивается на отдельный барабан лебедки. Грузоподъемность гуська значительно меньше грузоподъемности основной стрелы (обычно 20—25%). Хвостовая часть гуська удерживается канатными тягами 7, прикрепленными к стреле через стяжки, которые позволяют изменять угол наклона гуська по отношению к оси стрелы. Наличие гуська в мачтово-стреловых кранах увеличивает вылет основной стрелы и дает возможность вести монтаж конструкций на большой высоте.
Как видно из рис. 58, в грузоподъемность крана постоянна при любом вылете стрелы.
Описанные вантовые мачтово-стреловые краны применяют для монтажа сборных конструкций в промышленном строительстве. Однако во многих случаях шарнирное крепление стрелы к низу мачты создает известные неудобства, так как по мере увеличения высоты строения полезный вылет стрелы уменьшается.
Этот недостаток устранен в совмещенных мачтово-стреловых кранах (рис. 59), у которых, кроме основной, установлена дополнительная стрела, прикрепляемая к средней секции мачты. Совмещенные мачтово-стреловые краны можно использовать для монтажа многопролетных цехов промышленных предприятий. В этом случае основной стрелой устанавливают тяжелые колонны, подстропильные и стропильные фермы и подкрановые балки, а вспомогательной стре-лой'монтируют фермы, фонари и прогоны смежных пролетов.
Жестконогие краны (рис. 60) отличаются от вантовых тем, что у них мачта поддерживается не вантами, а жесткими подкосами, которые опираются на балки-лежни, расположенные обычно под прямым углом друг к другу. В местах опирания подкосов
73
балки-лежни загружают балластом или заанкеривают для придания устойчивости крану против его опрокидывания в сторону груза. Основание крана устанавливают и закрепляют на фундаменте или на конструкциях строящегося здания. Таким образом, мачта, горизонтальные балки-лежни и подкосы образуют жесткую пространственную конструкцию, причем горизонтальные балки разгружают фундамент от восприятия горизонтальных нагрузок.
Отсутствие вант дает возможность делать стрелу этих кранов длиннее мачты в 1,5— 2 раза. Однако наличие подкосов ограничивает угол поворота мачты со стрелой в пределах 270° и обычно не превышает 240°. Конструкция опор мачты, расположение лебедок, механизм поворота, схема канатоведения принципиаль
8
Рис. 60. Жестконогий мачтово-стреловой кран:
/ — основание; 2 — балки-лежи и; 3 — подкосы;
4 — мачта; 5 — верхняя опора мачты; 6 — стреловой полиспаст; 7 — стрела; 8 — грузовой полиспаст; Р—поворотный круг.
Рис. 59. Принципиальная схема совмещенного мачтово-стрелового крана:
/ — нижняя шаровая опора; 2 — мачта; 3 — вспомогательная стрела; 4 — ванты;
5 — верхняя опора; 6 — насадка-гусек; 7 — основная стрела.
но не отличаются от описанных ранее устройств вантовых мачтовостреловых кранов.
Жестконогие мачтово-стреловые краны изготовляются грузоподъемностью от 0,75 до 35 т.
Легкими жестконогими кранами грузоподъемностью до 5 т монтируют многоэтажные каркасы зданий, прогоны, связи и элементы кровли. Для выполнения этих работ краны устанавливают на перекрытиях зданий и загружают балластом или крепят к конструкци
74
ям возводимого здания. Жестконогие краны большей грузоподъемности применяют при монтаже промышленных объектов (мартеновских и иных цехов тяжелого типа), на сборке пролетных строений мостов, эстакад.
В кранах-мачтах (рис. 61) стрелу монтируют в верхней части мачты, над местом крепления вантовых канатов. Такие краны удобны
Рис. 61. Кран-мачта.
для монтажа высоких сооружений, имеющих небольшие размеры в плане (газгольдеры, градирни, воздухонагреватели и
Т. П.).
Кран-мачта состоит из неподвижной мачты 9, на верхушку которой надет поворотный оголовок 3 со стрелой 6 и противовесом 2. Ванты 7 крепятся к мачте ниже поворотного оголовка, и они не препятствуют вращению стрелы и противовеса. Однако ванты мешают повороту груза, так как груз с помощью полиспаста 5 приходится каждый раз поднимать выше вант, что является серьезным педостат-
Рис. 62. Схема к расчету усилий в вантах.
ком кранов этого типа. Подъем и опускание груза, изменение вылета стрелы полиспастом 4 и поворот оголовка со стрелой (с помощью каната 1) осуществляются лебедками, установленными у основания мачты так же, как и у мачтово-стреловых кранов обычной конструкции. Кран имеет вспомогательный полиспаст 8 большой грузоподъемности, подвешенный непосредственно к мачте и используемый при монтаже других кранов или тяжелых конструкций. В этом случае кран используют как монтажную мачту.
Расчет усилий в вантах стационарного стрелового крана (рис. 62) представляет довольно сложную задачу, так как под влиянием
75
нагрузок верх мачты отклоняется и усилия в вантах распределяются в зависимости от ряда факторов: заложения вант и их положения в плане, величины предварительного натяжения и т.д. С достаточной точностью (с некоторым запасом) усилие в ванте определяют в предположении, что стрела крана находится в плоскости ванта и вся нагрузка стрелы передается на один вант.
Из уравнения моментов относительно точки О усилие в ванте
S,_ + +Л)+ (дт)_ (|30)
ti COS р
где Qo6m — вес груза, крюка и полиспастов, кге (дан);
Qctp — вес стрелы, кге (дан);
— ветровая нагрузка, кге (дан).
76
Из формулы (130) видно, что усилие в ванте возрастает с увеличением вылета стрелы и угла наклона ванта 0. Поэтому ванты закладывают с таким расчетом, чтобы угол их наклона был не более 30°.
В действительности мачта поддерживается несколькими вантами, и при их равномерном расположении по окружности усилие в наиболее загруженном ванте 5В. Кр зависит от их количества и может быть уточнено по формуле
Sb. «р = SBk кгс (дан), (131)
где k — коэффициент, зависящий от количества вант:
Число вант.............. 4 6 8 10 12
k ...................... 1 0,667 0,5 0,4 0,3
Стальные канаты для вант подбирают по максимальному усилию, причем коэффициент запаса прочности k должен быть не менее 3,5 [см. формулу (10)].
Стационарная установка и сравнительная сложность перемещения являются основными недостатками рассмотренных мачтовостреловых кранов, ограничивающими область их применения. Однако благодаря простоте устройства и большой грузоподъемности их используют на строительстве сооружений с большой концентрацией веса поднимаемых элементов на 1 м2 площади застройки, а также на складах готовой продукции.
Стационарные поворотные (заводские) краны применяют для обслуживания рабочих мест на заводах стройиндустрии. Они бывают с неподвижной (рис. 36) и поворотной (рис. 63) колонной, с ручным (таль) и машинным (электроталь) приводом.
Поворотные краны конструируются с переменным (рис. 63) и постоянным (рис. 64) вылетом стрелы. После расчета механизмов передвижения тележки и подъема груза (см. § 3 и 4) следует рассчитать горизонтальную балку, по полкам которой движется тележка (рис. 63). Расчет производят на изгиб, исходя из условия равнопрочности
77
балки при положении тележки с грузом в средине пролета I и на концах КОНСОЛИ /щах.
Найдем зависимость между I и /тахГ
Q(/max-0 = ?, (132)
откуда
I = 0,8Zmax. (133)
Определив 1тах и зная вес груза, тали и тележки Q, можно подсчитать максимальный изгибающий момент и момент сопротивления опасного сечения балки, затем подобрать стандартные размеры ее поперечного сечения. Реакции Н находят из уравнений равновесия сил при максимальном вылете крана с учетом веса балки Ge. Реакцию R, возникающую в узле крепления струны с балкой, подсчитывают по уравнению
RI = Qlma* 4- 0,5G6/6, (134)
где /б— длина балки.
Струну надо рассчитать на растяжение. Растягивающую силу S и силу Т легко определить, разложив силу R.
Колонну рассчитывают по нагружающему изгибающему моменту Hh.
Устойчивость стационарных поворотных кранов зависит от размеров и веса фундамента, а кранов с противовесом — также и отего величины и положения (рис. 64).
Для определения наивыгоднейшего веса противовеса нужно, чтобы горизонтальные реакции Н в опорах груженого и ненагру-женного крана были равны.
Уравнение равновесия сил для груженого крана имеет такой вид:
Л4гр =» —QL — GKlK + Gnln + Hh = 0, (135)
откуда
QL + GKlx — GnL
Н = --— . (136)
Соответственно для ненагруженного крана
-Я = . (137)
Приравняв значения Н по формулам (136) и (137), получим, что
GD/n = ^ + GK/K, (138)
т.е. момент наивыгоднейшего веса противовеса равен опрокидывающему моменту от половины груза и полному моменту от собственного веса крана.
78
Для определения веса фундамента G (рис. 64) надо составить уравнение моментов всех сил относительно ребра опрокидывания / (рис. 64), т.е.
- Q (L - х0) — GK (/к - х0) + Gn (/„ + х0) + Gx0 = 0. (139)
Отсюда
G = Q (£ ~ Хо) + (‘к ~ *о) ~ °" (‘п + *о) (140)
Учитывая, что в любом положении стрелы крана требуется обеспечить его устойчивость, подсчитанный по формуле (140) вес фундамента увеличивают в 2—3 раза. Если краны имеют переменный вылет стрелы, уравнение (137) составляют при минимальном вылете, а для кранов без противовеса в уравнении (140) Gn = 0.
§ 11. Башенные краны
Характеристика кранов. Башенные краны занимают ведущее место среди грузоподъемных машин, особенно в жилищном и гражданском строительстве. Это — основные подъемно-транспортные машины, обеспечивающие не только перемещение грузов на строительной площадке, но и установку сборных элементов на место их монтажа при возведении зданий и сооружений. Выполнение подъемно-транспортных и монтажных работ при помощи башенных кранов влияет на всю организацию работ на строительной площадке, так как вылет стрелы крана и длина путей для его перемещения определяют размеры складской площадки, расположение подъездных дорог, растворных узлов и других временных сооружений и устройств.
Г-образная несущая конструкция башенных кранов позволяет сохранить наибольший полезный вылет стрелы по мере роста сооружения и обеспечивает наилучший охват обслуживаемой зоны строительства.
Для выполнения полезной работы по перемещению и монтажу конструкций башенные краны производят три рабочих движения*: подъем и опускание груза; перемещение по рельсам; поворот стрелы с грузом. Эти рабочие движения дают возможность башенным кранам взять изделие непосредственно с прибывшей на площадку машины или со склада и переместить на место укладки в сооружение без промежуточной перегрузки.
Положительные качества башенных кранов позволяют использовать их не только для возведения жилых и гражданских зданий, но и в самых разнообразных условиях промышленного строительства.
* Рабочими называются движения, которые кран совершает с грузом на крюке.
79
Башенные краны различают по основным характеристикам (грузоподъемность, вылет стрелы, высота подъема), которые и определяют их назначение в строительстве.
По назначению башенные краны можно разделить на следующие группы: 1) краны общего назначения для гражданского и промышленного строительства; 2) краны для высотного строительства; 3) специальные краны для промышленного строительства и 4) краны-погрузчики.
Первая группа включает передвигающиеся по рельсам наземные краны общего назначения, предназначенные для строительства гражданских объектов при небольшом сроке возведения. Поэтому в конструкции таких кранов предусмотрена минимальная трудоемкость монтажа, демонтажа и перевозки с одной строительной площадки на другую.
Краны второй группы устанавливают непосредственно на каркасе строящегося здания и перемещаю!' вверх по мере роста сооружения или приставляют к строящемуся зданию и постепенно наращивают.
Краны третьей группы отличаются большой грузоподъемностью (до 75 т) и значительным вылетом стрелы (до 45 ж), так как сборные элементы промышленных сооружений обычно массивны и крупногабаритны.
Краны-погрузчики изготовляются на базе кранов первой группы.
Основные конструкции башенных кранов. Разнообразие условий применения башенных кранов требует различия в их конструкции. В зависимости от назначения по-разному выполняется их опорная часть, башня, стрела, ходовое устройство и другие элементы конструкции.
Башенные краны общего назначения по конструкции целесообразно разделить на три основные группы: краны с неподвижной (неповоротной) башней и поворотным оголовком, краны с поворотной платформой и краны с поворотной башней.
Краны с неподвижной башней и поворотным оголовком (рис. 65) состоят из башни 3, поворотного оголовка 3, надетого на верхнюю пирамидальную часть башни (рис. 65, а) или вставленного внутрь башни (рис. 65, б), стрелы 13 и консоли противовеса 4 с балластом 5, укрепленных на поворотном оголовке. Башня крана через опорную часть 1 установлена на ходовые колеса и механизмом 16 может перемещаться по рельсовому пути; она имеет шарнирное крепление к опорной части в точке Л, которое используется при ее опускании и подъеме во время демонтажа и монтажа. На опорной части уложен балласт 2, обеспечивающий устойчивость крана как в рабочем, так и в нерабочем состоянии.
Поворотный оголовок опирается на центрирующую цапфу 9, а в нижней части перекатывается по укрепленным на башне роликам 14. Оголовок вращается механизмом поворота 15, состоящим из двигателя /7, колодочного тормоза 18, червячного редуктора 19, муфты
80
Рис. 65. Кран с неподвижной башней и поворотным оголовком: а — схема конструкции; б — схема поворотного оголовка с внутренним креплением в башне; в — принципиальная схема действующих усилий; г — кинематическая схема механизма поворота.
предельного момента 20, открытой зубчатой передачи 21 и цевочного колеса 22 (рис. 65, г). Механизм 15 расположен на неподвижной башне, и его работа вызывает вращение цевочного колеса 22 вместе с поворотным оголовком 8.
Стрела шарнирно крепится к поворотному оголовку и поддерживается стреловым полиспастом //, сбегающая ветвь каната которого через направляющие блоки 10 закреплена на барабане лебедки/. Эта лебедка служит для изменения вылета стрелы при ее подъеме и опускании.
Сбегающая ветвь грузового полиспаста 12 укреплена на барабане грузовой лебедки 6, при помощи которой выполняется рабочее движение подъема и опускания груза.
Кран питается электроэнергией при помощи гибкого кабеля, а управляют механизмами из кабины, располагаемой в любой части башни на поворотном оголовке.
В рабочем состоянии башня крана воспринимает сжимающее усилие GcyM (рис. 65, в) от веса груза Q и веса поворотного оголовка со всеми укрепленными на нем конструкциями и изгибающий момент
М = Ra - QI + GCTp/i — G6b — GKb19 (141)
где R — реакции опор поворотного оголовка;
а, /, l19 b, Ь±— плечи действующих усилий;
Gстр — вес стрелы;
дб — вес балласта на консоли противовеса;
GK — вес консоли противовеса.
Балласт на консоли противовеса и собственный вес консоли уменьшают действие изгибающего момента при работе крана, но создают изгибающий башню момент при нерабочем состоянии крана, т. е. при отсутствии груза на крюке. Чтобы этот момент не оказался больше рабочего, величину балласта противовеса подбирают, исходя из условия
G6b + GA < Остр/x + 0,5Q/. (142)
Таким образом, балласт противовеса в кранах с поворотными оголовками уравновешивает вес стрелы и часть полезного грузового момента от максимального веса груза для данного вылета стрелы.
Краны с поворотной платформой (рис. 66) имеют опорно-ходовую часть /, передвигающуюся по рельсам при помощи механизма 2, на которую через специальный упорный шариковый подшипник 14 опирается поворотная платформа 5. Она вращается механизмом 13 вокруг центральной оси /—/. На платформе установлена башня 11, уложен балласт 4 и смонтированы стреловая 5 и грузовая 12 лебедки. Башня имеет шарнирное крепление в точке Л, используемое при ее подъеме и опускании.
Стрела 10 шарнирно крепится непосредственно к башне и поддерживается канатными тягами 7, которые через направляющие блоки 8 соединены с подвижной обоймой стрелового полиспаста 6. При
82
изменении длины стрелового полиспаста лебедкой 5 можно менять вылет стрелы.
Подъем и опускание груза выполняются грузовым полиспастом 9 при помощи лебедки 12.
Рис. 66. Кран с поворотной платформой: а — схема конструкции; б — принципиальная схема действующих усилий; в — схема поворотного механизма.
Рабочее движение поворота стрелы осуществляется вследствие вращения платформы с башней, балластом, механизмами и др.
Специальный упорный шариковый подшипник 14 (рис. 66, в) состоит из трех колец, между которыми располагаются стальные шары. Наружное кольцо 15 укреплено на неподвижном основании крана, а внутренние — соединены с поворотной платформой 3. Наружное кольцо имеет зубья или цевки, по которым обкатывается
83
ведущая шестерня механизма поворота 73, установленного на поворотной платформе. Конструкция колец такова, что шариковое опорно-поворотное устройство воспринимает вертикальные нагрузки, направленные вниз и вверх, а также горизонтальные нагрузки.
Питание крана электроэнергией и его управление обеспечивают так же, как и в кранах с неподвижной башней.
В этих кранах любой груз Q и вес стрелы GCTp (рис. 66, б) всегда уравновешиваются усилием Т в канатной тяге стрелового полиспаста, т. е. сохраняется равенство
Та = QI + GCTpZi.
(143)
Рис. 67. Кран с поворотной башней:
а — схема конструкции; б — принципиальная схема действующих усилий; в — схема механизма поворота.
При параллельности канатной тяги и оси башни последняя испытывает только сжимающее усилие GcyM и разгружается от изгибающего момента.
Нижнее расположение всего балласта крана и механизмов, отсутствие поворотного оголовка и консоли противовеса дают возможность расположить ниже общий центр тяжести крана и центр приложения суммарной ветровой нагрузки, а также уменьшить сжимающее усилие GcyM, воспринимаемое башней. Все это позволяет значительно уменьшить массу крана.
Расположение всех основных элементов конструкции крана на поворотной платформе в 3—4 раза снижает трудоемкость монтажно-демонтажных работ, что особенно существенно для кранов общего назначения, применяемых в гражданском строительстве.
Краны с поворотной башней (рис. 67) характерны тем, что сама башня 12 вращается вокруг собственной оси I—I в опорно-пово
84
ротном устройстве 13, установленном на опорно-ходовой части 1 с механизмом передвижения 15.
Как правило, краны этой группы изготовляют с трубчатыми колоннами (башнями) 12, которые позволяют наиболее целесообразно выполнять конструкцию крана. Трубчатая колонна имеет шарнирное соединение в точке Л, используемое при монтаже и демонтаже. К колонне крепится специальная конструкция платформы 5, несущая на себе балласт 3, механизм поворота 4, стреловую 6 и грузовую 7 лебедки. Платформа 5 оборудована внизу опорными роликами 2, которые перекатываются между направляющими полками опорного кольца 14. К верху колонны шарнирно крепится стрела 10, поддерживаемая за хвостовую часть канатной тягой 9, соединенной с подвижной обоймой стрелового полиспаста 8.
Вылет стрелы изменяется лебедкой 6, а подъем и опускание груза производится грузовым полиспастом 11 при помощи лебедки 7.
Рабочий поворот стрелы осуществляется вращением колонны с платформой относительно неподвижных опорно-поворотного и ходового устройств. При этом червяк механизма поворота 4 (рис. 67, в) обкатывается по окружности неподвижного червячного колеса 16 увлекая за собой платформу с установленными на ней механизмами и трубчатую колонну со стрелой.
В кранах с поворотной башней всегда сохраняется равенство моментов (рис. 67, б):
Ta + G стр^2 — GcrpZi + QZ, (144)
а при вертикальном положении тяги Т колонна разгружается от изгибающего момента.
Для этих кранов, как и кранов с поворотной платформой, характерна небольшая трудоемкость монтажно-демонтажных работ. Отсутствие изгибающего момента на башне, низкое расположение центра тяжести и центра приложения суммарных ветровых нагрузок дают возможность снизить массу крана.
Из рассмотренных трех конструктивных групп ясен принцип устройства всего многообразного парка башенных кранов, используемого в строительстве как у нас, так и за рубежом.
При равной производительности конструктивные схемы кранов с поворотной платформой и кранов с поворотной башней удовлетворяют условиям снижения стоимости работы машины. Масса таких кранов на 10—20% меньше массы кранов с неподвижной башней, а трудоемкость работ по их перебазировке составляет 10—40% трудоемкости перебазирования кранов с неподвижной башней.
С увеличением грузового момента краны с поворотной башней не дают выигрыша в массе и более сложны в изготовлении. Поэтому наиболее целесообразны краны общего назначения с поворотной платформой. Такие краны выпускаются грузоподъемностью до 8 г при вылете до 30 м, высоте подъема до 60 м и грузовых моментах до 150 тс . м.
85
При грузоподъемности 10—25 г, высоте подъема до 70 м и грузовых моментах 250—400 тс . м применяются краны с поворотными оголовками с противовесной консолью и стрелой с грузовой тележкой.
Башенные краны для высотного строительства несколько отличаются своей конструкцией от кранов общего назначения. Как показала практика строительства, с увеличением высоты зданий более 16 этажей применение башенных кранов на рельсовом ходу неэффективно. Поэтому при высотном строительстве применяют самоподъемные и приставные башенные краны.
Самоподъемные краны представляют собой такую конструкцию, которая, будучи установлена непосредственно на строящемся здании, по мере увеличения его высоты может быть переставлена по вертикали. В связи с этим обычная опорно-ходовая часть крана заменена специальным опорным устройством, позволяющим устанавливать кран на каркас или стены здания и переставлять его.
Самоподъемный башенный кран (рис. 68) состоит из неподвижной башни 5 с поворотным оголовком, к которому прикреплены стрела 3 с грузовой кареткой, противовесная консоль / с механизмами и кабина управления 2. Башня установлена на опорной раме 6, снабженной выдвижными консольными балками 7, которыми кран в четырех точках опирается на каркас или стены возводимого здания, а для восприятия отрицательных (отрывающих) опорных реакций балки соединяются винтовыми тягами 9 с дополнительными анкерами 5, заводимыми в проемы кладки стен этажом ниже.
Для подъема крана служит устройство, состоящее из обоймы 4, охватывающей башню, полиспастов // для подъема крана и лебедки 10. Во время работы обойма находится в верхней части башни, а когда надо поднять кран, она опускается на возведенные стены здания (рис. 68, а), опираясь на них своими балками. При помощи лебедки 10 и подъемных полиспастов // башню крана подтягивают вверх по направляющим обоймы. На время вертикального перемещения башни опорные консольные балки и анкеры убирают, а затем вновь выдвигают, закрепляя башню на новом месте.
Самоподъемные башенные краны могут обслуживать строительство зданий и сооружений любой высоты. Однако краны рассмотренной конструкции при грузоподъемности 3—5 т и вылете стрелы 22 м и более настолько массивны, что применять их можно только для сооружения зданий с металлическим каркасом.
Для сборного строительства высотных зданий с железобетонным каркасом применяют приставные башенные краны, которые размещаются вне контуров здания и не мешают организации строительных работ на объекте.
На рис. 69 показан кран, предназначенный для строительства зданий высотой 25—30 этажей. Для уменьшения массы крана и снижения ветровой нагрузки на него решетчатую башню изготовляют из труб. До высоты 16 этажей кран стоит свободно и может переме
86
щаться, а при дальнейшем наращивании башню крепят к строящемуся зданию специальными связями. Опорная часть крана с балластными плитами устанавливается на четырех фундаментных блоках.
6 Ю 6
б
Рис. 68. Самоподъемный башенный кран: а — общий вид; б — установка полиспастов для подъема башни; в — узел крепления башни к стене здания.
Кран состоит из башни, 19 промежуточных секций, верхней секции с устройством 1 для монтажа промежуточных секций и поворотного оголовка с противовесной консолью и горизонтальной стрелой, по которой движется стреловая каретка.
87
Башня наращивается методом «сверху». Выдвижение верхней секции с противовесной консолью и стрелой осуществляется по монтажной стойке 2, которую монтажники сами выдвигают и последо-
Рис. 69. Приставной башенный кран для высотного строительства с грузовым моментом 180 тс м', а — общий вид; б — введение секции в башню; в— вид стыка башни.
вательно крепят с одной стороны к каждой верхней промежуточной секции башни. В образовавшийся проем с помощью ручной лебедки вводят поднятую заранее самим краном и установленную на монтажной площадке объемную секцию 3 длиной 5,6 м (рис. 69, б). После этого состыковывают введенную секцию с основной башней «8
снизу и с опускаемой верхней секцией сверху. Конструкция стыка секций башни представляет собой два фланца с фиксированной посадкой (рис. 69, в), соединяемых между собой на восьми болтах. В соответствии с требованиями техники безопасности, во время работ по стыкованию сек
ций монтажники находятся в подвесных люльках, перемещающихся вместе с монтажной стойкой.
Специальные башенные краны для промышленного строительства применяют для монтажа электростанций, доменных, мартеновских, прокатных, прессовых и других цехов мета л л у р гически х, химических и машиностроительных заводов. Это краны повышенной гр узоподъемности со значительным вылетом стрелы и большой высотой подъема, что обусловлено габаритами объектов и большой массой их сборных элементов. Масса таких кранов составляет 100—400 г, а их монтаж сложен. Эти краны выполняются как с неподвижными башнями и поворотными оголовками, так и с поворотными платформами.
Специальный башенный кран (рис. 70) состоит из неподвижной
Рис. 70. Специальный башенный кран для промышленного строительства грузоподъемностью 40 г.
башни 5 и поворотного оголовка 6 со стрелой и противовесной консолью. Башня опирается через мощный портал 2 на ходовое устройство /. Все механизмы 3 установлены на верхней части портала, а управление ведется из кабины 4.
У этого крана нет механизма передвижения, его перемещают по рельсам только без груза при помощи лебедок, устанавливаемых на подкрановых путях. Во время работы кран опирается на специаль
89
ные опоры 7, расположенные в нижней части портала. Такая система облегчает конструкцию ходового устройства, но делает кран менее маневренным.
Поскольку маневренность крана является главным фактором его производительности, в ряде случаев такие краны выполняют самоходными.
В СССР освоено изготовление наиболее мощных в мировой практике специальных кранов с поворотной платформой грузоподъемностью 50 и 75 г и грузовыми моментами 1 000 и 1425 тс , м. Краны оборудованы механизмами передвижения и подъемными устройствами для выдвижения башни при монтаже крана.
Краны-погрузчики (рис. 71) для складов и заводов строительных изделий изготовляют на базе узлов соответствующих башенных кранов, но высоту башни уменьшают или снимают ее целиком.
Особенности исполнения башенных кранов для условий сборномонтажного строительства. Повысить производительность и снизить стоимость работы машины в современных условиях сборно-монтажного строительства можно, если башенные краны будут обеспечивать: удобную и точную наводку монтируемого элемента к месту его монтажа; плавную посадку монтируемого элемента на место установки; хорошую связь машиниста с монтажником и удобство управления движениями крана; безопасность работы; сокращение трудоемкости и продолжительности перебазировки крана на новое место работы.
Точная наводка конструкции к месту ее монтажа обеспечивается четвертым рабочим движением крана, т. е. горизонтальным перемещением крюка с грузом вдоль оси стрелы (к башне или от башни). Для этой цели используют механизм изменения вылета стрелы или механизм передвижения стреловой каретки, несущей на себе грузовой полиспаст.
Механизм изменения вылета стрелы предназначен для подъема и опускания стрелы при ее повороте в вертикальной плоскости относительно точки шарнирного прикрепления к башне. Когда стрела поднимается полиспастом, канат которого запасо-ван по обычной схеме (рис. 65, 66, 67), грузовой крюк поднимается вместе со стрелой, описывая криволинейную траекторию.
В башенных кранах (рис. 72) применяется такая запасовка стрелового и грузового канатов, которая обеспечивает во время подъема стрелы (I—V) неизменное положение груза по вертикали при его горизонтальном перемещении (/—5). Это достигается тем (рис. 73), что вторая концевая ветвь грузового полиспаста навивается на барабан стреловой лебедки в направлении, обратном навивке сбегающей ветви стрелового полиспаста. В этом случае при подъеме стрелы, т. е. навивке каната 2 стрелового полиспаста 3 на барабан /, грузовой канат 5 свивается с барабана, удерживая крюк с грузом 4 на заданной высоте.
Поскольку скорость вертикального подъема головки стрелы — величина переменная, ту часть стрелового барабана, на которую навивается грузовой канат, иногда делают по специальному профилю,
90
Qaa
Рис. 71. Краны-погрузчики: а — грузоподъемностью 1,5—5 т на вылете 16,5—5 м; б — грузоподъемностью 5—10 7 на вылете 22—11 мг. в — грузоподъемностью 5 т на вылете 30 — 3,5 ли
что обеспечивает минимальное отклонение груза от горизонтали. При заторможенном барабане 1 стреловой лебедки подъем и опуска-
Рис. 72. Схема горизонтального перемещения крюка при подъеме стрелы.
ние груза осуществляются барабаном 6 грузовой лебедки.
Механизм передвижения стреловой каретки (рис. 74) состоит из тягового каната 3, направляющих блоков 2 и электрореверсивной лебедки /. Тяговый канат навивается на барабан лебедки, а два свободных конца каната проходят через
Рис. 73. Схема запасовки канатов механизма изменения вылета стрелы кранов с поворотной платформой.
2
Рис. 74. Механизм передвижения стреловой каретки.
направляющие блоки 2 и крепятся к каретке с противоположных сторон. Вращение барабана в ту или другую сторону заставляет перемещаться каретку 5 на колесах 4 по монорельсу 8 вдоль стрелы.
92
Каретка несет на себе блоки 7, через которые проходит канат грузового полиспаста 6. При перемещении каретки блоки обкатываются по грузовому канату 9 и крюк с грузом, не изменяя своего положения по высоте, перемещается вдоль стрелы вместе с кареткой.
Горизонтальное перемещение груза вдоль стрелы при помощи каретки требует меньше энергии, чем перемещение этого груза изменением вылета. Однако возможность перемещения каретки с грузом только при горизонтальном положении стрелы снижает маневренность крана во время его работы с поднятой стрелой.
Механизм подъема и опускания г р у з а. Плавная посадка конструкции на место установки требует значительного снижения скорости ее опускания. Подъем и опускание груза осуществляются механизмом, представляющим собой обычную элект-рореверсивную лебедку с приводом от асинхронного кранового двигателя. Механические характеристики таких двигателей (зависимость скорости вращения от развиваемого момента n = f (Л4)) не позволяют получить малых скоростей посадки груза, так как изменение веса груза резко изменяет скорость опускания. Поэтому в механизмах подъема современных башенных кранов применяются специальные схемы управления элетрооборудованием, дающие возможность изменить механическую характеристику привода и получить устойчивые низкие посадочные скорости при любых колебаниях нагрузки.
Распространенной является схема, в которой используются вихревые тормозные генераторы, монтируемые на одном валу с двигателем. Они состоят из стального массивного ротора, вращающегося в постоянном магнитном поле неподвижного статора. Ротор тормозного генератора соединен с ротором основного двигателя и вращается вместе с ним. Тормозной момент создается благодаря взаимодействию постоянного магнитного поля статора и поля, возникающего от индуктированных в роторе вихревых токов. Он пропорционален скорости вращения ротора (скольжению) и регулируемому току возбуждения обмоток статора. Механические характеристики тормозного генератора и основного двигателя дают серию результирующих жестких механических характеристик привода, обеспечивающих низкие скорости опускания груза на место установки.
Управление работой башенного крана машинист осуществляет из кабины, располагаемой в большинстве случаев на уровне подвеса стрелы. Электрические схемы кранов и их конструкция предусматривают возможность одновременной работы нескольких механизмов, что позволяет машинисту совмещать рабочие движения крана (подъем, поворот, передвижение), сокращая продолжительность цикла и повышая производительность.
При любом по высоте расположении кабины на башне крана машинист не может наблюдать за всеми местами работы монтажников. Поэтому разработаны и применяются системы дистанционного управления работой крана. Монтажник с помощью переносного пульта непосредственно на рабочем месте подает управляющие команды
93
механизмам по радио или по проводам, связывающим пульт с аппаратурой управления механизмами крана.
Наиболее целесообразно комбинированное управление краном. При такой системе управление ведется машинистом из хорошо оборудованной удобной для работы кабины, а дистанционное управление с места монтажа используется только в некоторых случаях на малых посадочных скоростях.
Представляет интерес для дальнейшего повышения производительности башенных кранов система программно-дистанционного управления. При этой системе операции по доставке деталей со склада (или непосредственно с транспортных средств) на здание выполняются автоматически системой адресования и программного управления двигателями, а точное позиционирование обеспечивается управлением по радио на малых скоростях подъема и опускания грузов* Вместо крановщика краном управляют попеременно два оператора: такелажник на складе и монтажник на строящемся здании, причем каждый из них имеет свой нагрудный пульт. Управление краном не мешает им выполнять свои основные обязанности. Поскольку оператор находится в непосредственной близости от места расположения деталей, не нужен сигнальщик.
Для составления программы автоматического управления подачей конструкций к месту их монтажа надо: определить зоны складирования материалов и места остановки панелевозов; обозначить монтажные зоны на здании (в каждой захватке); для подачи крюка в эти зоны определить исходные положения крана и углы поворота стрелы, по которым на кране выставить датчики ориентации.
По составленной программе работа на строительной площадке выполняется в следующем порядке.
После подъема конструкции на небольшую высоту (для проверки надежности строповки) такелажник набирает на своем пульте номер требуемого участка (зоны), затем подает команду на движение крана. Груз автоматически поднимается на безопасную высоту и автоматически по кратчайшему пути в минимальное время доставляется в заданную зону. Здесь управление краном переходит к монтажнику, который с помощью своего пульта управления устанавливает конструкцию в проектное положение и после ее закрепления, включив программу возврата, посылает крюк крана к такелажнику.
Безопасность работы на кране обеспечивается ограничивающими устройствами, автоматически отключающими механизмы при неправильных действиях машиниста, могущих вызвать аварию. Для безопасной работы на кране необходимо предотвратить следующие неправильные действия: подъем грузов, масса которых превышает допустимую грузоподъемность на данном вылете стрелы; подъем крюковой обоймы до соприкосновения с конструкцией стрелы; движение в конец рельсового пути, когда возникает опасность схода крана с рельсов; излишний поворот при наличии поворотного механизма с канатной передачей; движение каретки по стреле вконец поддерживающей ее балки.
94
Один из широко применяемых в кранах ограничителей грузоподъемности показан на рис. 75. Принцип его работы заключается в постоянном сравнении фактической загрузки крана с максимально допустимой и выключении двигателей в случае, когда фактическая нагрузка превышает предельно допустимую.
Фактическая нагрузка крана измеряется датчиком, состоящим из упругого кольца 3, потенциометра 2 и герметического корпуса 1 (рис. 75, а). При растяжении кольца ползун потенциометра перемещается и изменяет соотношение плеч своих сопротивлений. Датчик 6 установлен между двумя канатными тягами 4 стрелы. Усилие растяжения его кольца пропорционально усилию в стреловых кана
Рис. 75. Ограничитель грузоподъемности: а — датчик фактической нагрузки и схема его установки; б — схема установки задатчика предельного груза.
Рис. 76. Схема электрического моста сопротивлений датчиков.
тах и, следовательно, силе тяжести груза. При изменении распорками 5 угла [3 можно менять величину усилия, передаваемого на кольцо датчика.
Предельно допустимая величина груза зависит от вылета стрелы. Поэтому у основания стрелы 7 устанавливается задатчик предельного груза (рис. 75, б). При изменении вылета стрелы ее движение через поводок 8 передается на ось 9 с закрепленным на ней профилированным кулачком 10. По кулачку перекатывается ролик рычага //, связанный с ползуном 12 потенциометра. Положение ползуна определяет соотношение плеч сопротивлений потенциометра и этим задает предельную величину груза на крюке при данном вылете стрелы. Если изменить профиль кулачка, можно применить такой задатчик на кранах с различными зависимостями предельного груза от вылета стрелы.
Сопротивления плеч потенциометра датчика 1 фактической нагрузки и потенциометра задатчика 2 предельного груза включаются по схеме электрического моста сопротивлений (рис. 76). Когда вес поднимаемого груза меньше предельно допустимого при данном вылете стрелы, мостовая схема не уравновешена и через катушку поляризованного реле PH проходит ток. Этим дается разрешение на работу крана. Если вес поднимаемого груза превысит предельно допустимый, ток, проходящий через реле PH, изменит свое направление,
95
что приведет к размыканию контактов реле и полному отключению крана.
Ограничители высоты подъема крюка основаны на воздействии крюковой обоймы на упор, соединенный с конечным выключателем.
Ограничители движения крана по рельсам, каретки по стреле и поворота крана состоят из ограничивающих упоров и электрических конечных выключателей с рычагом. Ограничивающие упоры устанавливают на месте, где требуется прекратить движение. При достижении конечным выключателем ограничивающего упора его рычаг цепляется за упор и отключает конечный выключатель, останавливая двигатель соответствующего механизма.
Помимо описанных ограничивающих устройств, предотвращающих неправильные действия машиниста, по правилам Горгостех-надзора башенные краны должны иметь устройства, сигнализирующие об опасности и предотвращающие угон крана при ураганном ветре. Для этой цели на башенных кранах устанавливают ветромер-анемометр, измеряющий скорость ветра. Если скорость и продолжительность действия воздушного потока превысят допустимые величины, ветромер подает сигнал об опасности, автоматически отключает механизмы крана и включает противоугонное устройство.
Перебазировка башенных кранов на новое место работы требует выполнения довольно трудоемких операций по демонтажу, перевозке и монтажу деталей. В состав монтажных работ входит: подготовка монтажной площадки для производстве работ (устройство подкранового пути и защитного заземления, подводка электроэнергии, устройство якорей и т. п.); монтаж крана; испытание и сдача крана инспекции Госгортехнадзора.
Наименьшие трудовые затраты нужны на перебазировку башенных кранов с поворотной платформой. Их транспортируют в сложенном виде, укрепив свободный конец башни 2 на тягаче 1 (рис. 77, а). Под ходовую часть крана 3 подводят ось с пневматическими колесами 4, и кран в горизонтальном положении перевозят на подготовленный рельсовый путь нового строительного объекта. С помощью автокрана головную часть колонны снимают с тягача и опирают на козлы или другую подставку высотой 0,6—0,7 м (рис. 77, б). Натяжением собственного стрелового полиспаста через монтажную стойку 5 опорную часть крана наклоняют и двумя передними тележками устанавливают на рельсы, закрепляя их противоугонными захватами. При дальнейшем натяжении полиспаста опорную часть поднимают еще выше и выкатывают транспортную ось. Ослаблением полиспаста устанавливают на рельсы и две другие тележки. Затем на поворотную платформу укладывают балласт и тем же полиспастом поднимают башню со стрелой в вертикальное положение (рис. 77, в).
Демонтируют башенные краны с поворотной платформой в обратной последовательности. В кранах небольшой высоты башни перевозят без разборки.
96
5-291
Рис. 77. Перевозка и монтаж башенного крана с поворотной платформой* а—ь транспортом положении, б — начало подъема; з — подъем.
Краны для многоэтажного строительства имеют устройства для наращивания башен дополнительными секциями. Перевозят их без дополнительных секций, которые монтируют после подъема башни.
Малая трудоемкость и быстрота производства монтажно-транспортных работ при перевозке башенных кранов в значительной степени обусловливают снижение стоимости работы крана. Однако даже самые совершенные способы монтажа требуют сравнительно больших затрат времени и потому нецелесообразны, когда требуется переместить башенный кран на другой, параллельный или пересекающийся путь в пределах строительной площадки. Такая потребность встречается в строительстве довольно часто, в особенности при обслуживании краном зданий сложной конфигурации.
Рис. 78. Ходовая часть крана для передвижения по криволинейным участкам пути.
Для придания маневренности кранам в пределах строительной площадки их ходовая часть выполнена так, что они могут передвигаться и работать на криволинейных путях с малым радиусом закругления (7—8 м, считая по внутреннему рельсу). Для этой цели опорная рама крана 1 (рис. 78) имеет четыре поворотных кронштейна 3, укрепленных на раме вертикальными шкворнями 2. Кронштейны через оси 4 опираются на балансирные тележки 5 с противоугонными захватами 6.
При работе крана два кронштейна, расположенные на одном рельсе, фиксируют при помощи тяг; два других кронштейна при этом могут отклоняться благодаря их шарнирному соединению с опорной рамой. В случае изменения направления поворота криволинейного участка закрепляют другие два кронштейна, а первые становятся шарнирными.
В кранах с небольшим грузовым моментом (до 60 тс . м) двин е-ние по кривым малого радиуса обеспечивается наиболее просто устройством ходовых тележек с колесами, перемещающимися вдоль оси в определенных пределах (50—70 мм). Приводные балансирные тележки устанавливают при этом на внешнем рельсе большого радиуса.
Такие системы ходовой части обеспечивают безопасное передвижение и работу кранов на пути с малым радиусом закругления и
98
исключают возможность схода с рельсов при отклонениях в размерах колеи.
Устойчивость башенных кранов. Башенные краны должны иметь надежную устойчивость, гарантирующую их от опрокидывания как во время работы, так и в нерабочем состоянии. Различают грузовую и собственную устойчивость крана, т. е. когда он работает и когда стоит без груза.
Условие устойчивости крана с грузом на крюке (рис. 79, а):
Pl + Г1Р1 + Г2р2 < mGx, (145)
где Р — вес груза, кгс (дан);
I — расстояние по горизонтали от точки подвеса груза до ребра опрокидывания Д, м;
и Г2 — ветровые нагрузки для рабочего состояния на груз и на кран, кгс (дан);
Pi и р2 — соответственно плечи ветровых нагрузок, м;
т — коэффициент условий работы, по ГОСТ 13994—68 равный 0,72;
G — вес крана с противовесом, кгс (дан);
х — расстояние по горизонтали от центра тяжести крана с противовесом до ребра опрокидывания А, м.
Условие устойчивости крана без груза (рис. 79, б):
Гор < Gx, (146)
где Го — ветровая нагрузка на кран в нерабочем состоянии, кг (дан);
р — плечо этой ветровой нагрузки, м.
В формулах (145) и (146) предусмотрены основные случаи расчета устойчивости полностью собранного крана. Действие бокового ветра в этих случаях обычно не имеет решающего значения. Дополнительно следует проверить лишь устойчивость крана во время монтажа.
Для кранов с неповоротной башней, собираемых по частям, опасным может быть период, когда еще не смонтирована стрела (рис. 80, а), для которого проверять устойчивость надо по формуле
r;p2<G0n0, (147)
где W'2— ветровая нагрузка для монтажного состояния на смонтированную часть крана, кгс(дан);
Go — вес смонтированной части крана, кгс (дан);
а0 — расстояние по горизонтали от центра тяжести крана до ребра опрокидывания, л/.
Скоростной напор во время монтажа не регламентирован. Он устанавливается конструктором и указывается в инструкции по монтажу крана.
Если при полностью подвешенном противовесе устойчивость по формуле (147) не обеспечивается, меняют порядок монтажа: сначала
4*
99
Р«С.
S
79. Схемы к расчету устойчивости башенного рабочем состоянии; б — в нерабочем состоянии
подвешивают только часть противовеса, затем стрелу и в конце — остальную часть противовеса.
Устойчивость при монтаже кранов с поворотной платформой, стрелы и башни которых поднимают одновременно (рис. 80, б), про-
Рис. 80. Схемы к расчету устойчивости при монтаже: а — крана с верхним противовесом; б — крана с башней и стрелой* сложенными вместе перед подъемом.
где п" — коэффициент перегрузки, учитывающий неизбежные при подъеме толчки;
G"— вес поднимаемых частей крана, кге (дан)-,
G' — вес основания и всех неподвижных частей крана, кге (дан)',
г и а — плечи, м.
§ 12. Портальные строительные краны
Портальные краны применяют на погрузочно-разгрузочных работах на заводах стройиндустрии и в гидротехническом строительстве. Основной несущей конструкцией крана (рис. 81) является портал /, опирающийся на ходовые тележки, которые передвигаются по подкрановым рельсам. Между ногами портала имеется свободное пространство для прохода подвижного состава.
Высота в свету под порталом может быть до 10 м. Высокие порталы выгодно применять для кранов, работающих на узких бетоновозных эстакадах в тех случаях, когда по железнодорожным путям, проходящим под порталом, перевозятся крупногабаритные фермы. На широких эстакадах, кроме путей, проходящих под порталами, иногда рядом с кранами укладывают дополнительно пути. В таких случаях можно использовать краны с низкими порталами.
101
На верху портала установлен цевочный барабан 2, несущий круговой рельс, по которому катятся заключенные в сепаратор 3 катки. На катки через круговые рельсы опирается поворотная рама 4, являющаяся основной несущей конструкцией всей поворотной части крана. К задней части рамы подвешен неподвижный противовес /3, уравновешивающий поворотную часть. В центре цевочного барабана закреплена центральная вертикальная ось, вокруг которой вращается поворотная рама. На ней находятся шарниры, на кото-
рые опирается шарнирно сочлененная укосина, состоящая из стрелы 6, хобота 7 и гибкой оттяжки хобота 5, нижний конец которой закреплен на каркасе 12.
Движение изменения вылета сообщается укосине механизмом, состоящим из стреловых тяг 3, коромысел 9 с подвижным противовесом 11, шатунов 10 и лебедки, находящейся в кабине на поворотной раме. В этой же кабине находятся лебедка механизма подъема груза и механизм поворота крана. На передней консоли поворотной рамы помещена кабина машиниста.
В строительных портальных кранах отдается предпочтение двум схемам механизмов изменения вылета (рис. 82, а и б). В схеме, показанной на рис. 82, а, шарнирно сочлененная укосина крана состоит из стрелы 3, хобота 6 и оттяжки хобота 5. Это стальной канат, средина которого закреплена на хоботе, а концы, огибая кривую часть хобота, сходят с него и закрепляются на неподвижной точке И кар
102
каса 2 крана. Кривая часть хобота (лекало) построена так, что при качании стрелы концевые блоки перемещаются по наклонной линии cd. Грузовые канаты с барабанов 13 и 15 лебедок через блоки 1 и концевые блоки 8 стрелы проходят концевые блоки 7 хобота и идут к крюковой подвеске или к грейферу.
При уменьшении вылета стрелы расстояние между блоками 1 и 8 уменьшается, и грузовые канаты 4, перекатываясь по блокам / и 5, опускают крюк или грейфер по отношению к блокам 7. Величина этого опускания равняется величине подъема самих концевых блоков, благодаря чему крюк или грейфер при изменении вылета остается на одной горизонтали ef.
Рис. 82. Схема механизма вылета: а — с гибкой оттяжкой; б — то же, о одной подъемной лебедкой; в — с жесткой оттяжкой.
Стрела соединена с качающимся коромыслом 10. на заднем плече которого подвешен противовес 9. величину которого подбирают с таким расчетом, чтобы стрела и хобот были во всех положениях уравновешены.
Вылет укосины изменяется лебедкой 14. на выходном валу которой имеются кривошипы, соединенные с шатунами 12. При вращении кривошипов шатуны 12 сообщают коромыслу 10 качательное движение, которое стреловой тягой передается стреле. Механизмы изменения вылета уравновешенных укосин приводятся в движение электродвигателями относительно небольшой мощности, так как энергия расходуется только на преодоление сил трения в шарнирах и сопротивлений от давления ветра на укосину и на груз.
Схема, показанная на рис. 82, б. отличается от первой формой кривой части хобота. Концевые блоки хобота при изменении вылета движутся по горизонтали. Грузовой канат, идущий с барабана 13 лебедки на концевые блоки, параллелен оси стрелы, т. е. линии, соединяющей нижний и верхний ее шарниры. Благодаря этому канат при изменении вылета не перекатывается по блокам и крюк крана
103
повторяет движение концевого блока хобота, т. е. перемещается по горизонтали.
Краны с такой схемой механизма изменения вылета могут иметь только одну подъемную лебедку со строго определенным положением барабана 13, поэтому вторая схема механизма изменения вылета применяется преимущественно для крюковых кранов.
Третья схема, показанная на рис. 82, в, отличается от второй прямолинейным тяжелым хоботом и не канатной, а жесткой оттяжкой 5. Такие краны более тяжелы и громоздки. Их применяют сравнительно редко*.
§13. Самоходные стреловые краны
Самоходные стреловые поворотные краны (рис. 83) состоят из ходовой части 5, на которой размещена поворотная платформа 1 со всеми механизмами, рабочим оборудованием и системой управления. Платформа опирается на ходовую часть через опорно-пово-
Рис. 83. Схема самоходного стрелового крана.
ротное устройство 2. В большинстве конструкций это устройство, как и у башенных кранов с поворотной платформой (см. рис. 66), представляет собой шариковый или роликовый специальный упорный подшипник, воспринимающий вертикальные (вниз и вверх) и горизонтальные нагрузки.
Автономность привода и большая маневренность позволяют применять самоходные стреловые краны для монтажных и погрузочно-разгрузочных работ в самых разнообразных условиях гражданского и промышленного строительства.
♦ Подробнее см. А. Г. Л а н г , И, С. М а з о в е р. Строительные портальные краны. Л., Стройиздат, 1956,
104
При монтаже конструкций самоходными кранами к их устройству предъявляются особые требования, обусловленные необходимостью снижать стоимость их эксплуатации и повышать производительность. Поэтому в современных конструкциях кранов механизмы подъема позволяют получать низкие посадочные скорости, управление делается комбинированным для совмещения рабочих движений, устанавливаются ограничивающие устройства (ограничители грузоподъемности, высоты подъема и др.), применяются унифицированные узлы конструкций и механизмов, повышающие надежность работы кранов.
В зависимости от устройства ходовой части различают автомобильные пневмоколесные и гусеничные самоходные стреловые краны.
Автомобильные краны монтируют на шасси грузовых бортовых автомобилей, двигатели которых используются для привода всех механизмов крана. Кран передвигается нормальным ходом автомобиля с опущенной стрелой и укрепленным крюком.
В этих кранах (рис. 84) на шасси 1 автомобиля жестко закреплена рама 2, на которой смонтированы опорно-поворотное устройство 3, поворотная платформа 4 и выносные опоры 10.
На поворотной платформе расположены лебедки подъема груза и стрелы, механизм поворота платформы, кабина управления 9, двуногая стойка 5 и стрела 8.
Применение сменного стрелового оборудования расширяет монтажные возможности автомобильных кранов. Для этой цели краны оснащают удлиненной стрелой 7 и башенно-стреловым устройством 6. В зависимости от условий монтажных работ на поворотной платформе крана устанавливают соответствующий вид стрелового оборудования.
Работа автомобильных кранов с максимальной грузоподъемностью допустима только на выносных опорах 10, увеличивающих опорную базу крана и воспринимающих на себя нагрузку в процессе подъема груза. При работе крана без выносных опор его грузоподъемность резко снижается. Грузоподъемность серийно выпускаемых автомобильных кранов составляет от 4 до 16 г.
Рассмотрим кинематическую схему автомобильного крана (рис. 85).
Вращение от двигателя 1 к механизмам, расположенным на поворотной платформе, передается от коробки передач 2 через редуктор 3 отбора мощности и редуктор 4 неповоротной части крана. Коническая шестерня 5 находится в зацеплении с двумя коническими зубчатыми колесами 9 реверсивно-раздаточной коробки 6 и вращает их в разные стороны. Включением фрикционных муфт 8 это вращение передается на барабаны лебедок механизмов подъема 14 и изменения вылета стрелы 10, а также на механизм поворота крана 11. Включая правые или левые фрикционные муфты 8, изменяют направление вращения механизмов. При вращении выходного вала поворота его шестерня обкатывается по неподвижному зубчатому венцу 12
105
опорно-поворотного устройства, и таким образом вращается вся поворотная платформа. Малые посадочные скорости достигаются применением регулируемых колодочных тормозов 13.
Рис. 84. Схема автомобильного крана с различными видами стрелового оборудования.
Фрикционными муфтами и тормозами управляет машинист из хорошо оборудованной кабины при помощи пневматической системы, питаемой сжатым воздухом от компрессора 7.
Все шире применяются в автомобильных кранах электрический и гидравлический приводы механизмов.
106
Электрический привод предусматривает установку на кране генератора трехфазного тока, приводимого в движение от двигателя автомобиля. На каждом механизме устанавливают индивидуальный электродвигатель, получающий питание от генератора.
При использовании гидравлического привода реверсивно-раздаточную коробку 6 заменяют гидравлическими насосами, подающими жидкость к гидромоторам каждого механизма.
Управление кранами с такими приводами упрощается, повышается надежность работы механизмов. Кроме того, достигается
8
Рис. 85. Кинематическая схема автомобильного крана.
плавность пуска и остановки и широкое бесступенчатое регулирование скорости механизма подъема.
На рис. 86 показана схема гидропривода автомобильного крана, на ходовой раме которого расположены два аксиально-поршневых насоса, приводимых в действие через редуктор отбора мощности.
Рабочая жидкость от насоса 7 поступает к гидрораспределителю 8. расположенному на ходовой раме автомобиля и далее либо к гидроцилиндрам 11.12. 13 и 14 выносных опор и 9. 10 блокировки рессор, либо через вращающиеся соединения 26 к гидрораспределителю 33. установленному на поворотной платформе, с помощью которого управляют гидромотором 28 поворота платформы и гидроцилиндром 29 изменения вылета стрелы. От насоса 2 жидкость через вращающееся соединение 26 подается к гидрораспределителю 22
107
Рис. 86. Схема типового гидропривода унифицированного ряда автомобильных кранов грузоподъемностью 4—16 т.
Рис. 87. Выносные опоры крана с гидроприводом для их установки.
и далее к гидромотору 21 грузовой лебедки или к гидроцилиндру 18 изменения длины стрелы. В гидробак 1. расположенный на ходовой раме в непосредственной близости от насосов, жидкость поступает через фильтр 3, в котором установлен предохранительный клапан.
Рабочие скорости регулируют изменением оборотов приводного двигателя и дросселированием потока жидкости золотником гидрораспределителя. Величина хода золотника, при котором регулируется скорость, увеличивается с уменьшением внешней нагрузки на гидропривод.
Опускание груза и стрелы, уменьшение ее длины с заданной скоростью производятся с помощью тормозных гидроклапанов 17. 19. 30. пропускающих расход жидкости, равный количеству жидкости, подводимой к гидромотору. В аварийной ситуации (при выходе из строя приводного двигателя или насоса) груз опускают, открыв вентиль 20.
Рабочие секции гидрораспределителя, предназначенные для управления гидромоторами механизмов подъема груза и поворота платформы, оснащены дополнительными сблокированными гидрораспределителями, с помощью которых включают и выключают цилиндры 16 и 27 тормозов.
Кран оборудован приборами безопасности, при включении которых электро
магниты гидроклапанов 15. 24. 31 отключаются от источника электропитания и соединяют гидролинии управления предохранительными гидроклапанами 23 и 32 и гидроцилиндры тормозов с дренажной гидролинией, в результате чего происходит разгрузка насосов, остановка механизмов и замыкание тормозов.
Для уменьшения скорости поворота платформы при работе с башенно-стреловым оборудованием в гидроприводе использован регулятор потока 25. При отказе приводного двигателя кран можно перевести в транспортное положение при помощи ручного насоса 4. от которого жидкость поступает в напорные гидролинии насосов 2 и 7 через вентили 5 и 6.
Устройство и способ установки выносных опор существенно влияют на^время подготовки крана к работе. Наиболее рациональна конструкция, показанная на рис. 87. Выносные опоры выполнены откидывающимися в вертикальной плоскости и расположены под углом 45° к продольной оси крана. Опора состоит из откидывающейся балки 2. которая через шаровой подпятник опирается на башмак 1. Балки опускаются и опоры устанавливаются гидроцилиндрами 3. Каждая опора имеет самостоятельный гидравлический привод. Это позволяет при помощи распределительных клапанов обеспечить
109
независимую установку каждой выносной опоры крана применительно к неровностям рабочей площадки. Управлять выносными опорами можно как с земли, так и из кабины крановщика. Давление опор на грунт составляет менее 2 кгс/см* (дан/см2).
Ввиду большой скорости передвижения автомобильные краны широко применяют в строительстве для выполнения самых разнообразных монтажных работ, если они ведутся на отдаленных друг от друга объектах и машины приходится часто перебрасывать с одного участка на другой. В этом случае экономически целесообразно механизировать даже самые небольшие по объему работы, так как расходы по перевозке и эксплуатации автомобильных кранов незначительны.
Пневмоколесные краны отличаются от автомобильных тем, что они имеют специальную ходовую часть в виде опорной рамы на пневматических колесах. Это позволяет выпускать такие краны грузоподъемностью от 16 до 100 т.
Задние оси этих кранов обычно выполняются неподрессоренными или имеют очень жесткую подвеску, вследствие чего такие краны могут передвигаться с большой скоростью только по хорошим дорогам. Краны небольшой грузоподъемности благодаря широко расставленным колесам могут работать без выносных опор.
Маневренность пневмоколесных кранов определяется схемой их ходовой части. Применяются ходовые части с двумя, тремя и даже четырьмя осями, из которых обычно одна или две — управляемые. Колеса передней оси так же, как у автомобилей, оборудованы рулевым управлением.
Рис. 88. Схемы ходовых частей пневмоколесных кранов:
а — о одной управляемой осью; б — то же, с двумя; в — двухосный седельного типа с одной управляемой осью; г — трехосный с двумя управляемыми осями.
Размеры площади для разворота крана определяются наружным и внутренним радиусами поворотов. Величины радиусов (рис. 88, а):
<149>
^п = ^- (150)
two ci2
Краны с двумя управляемыми осями (рис. 88, б) при повороте всех колес в одну сторону могут передвигаться боком. При этом радиусы поворота уменьшаются почти в два раза. Особенно высокой маневренностью обладают краны седельного типа, выполненные в виде полуприцепа к одноосному тягачу (рис. 88, в, г).
ПО
Проходимость кранов повышается с увеличением их сцепного веса, т. е. веса, приходящегося на ведущие колеса, и коэффициента сцепления колес с грунтом. Коэффициент сцепления увеличится, если применить специальные шины с крупным расчлененным рисунком протектора, например «косую елку», или шины низкого давления. Сцепной вес кранов повышают увеличением числа ведущих колес. На кранах с механическим приводом применяют ведущие оси, а на
кранах с дизель-электрическим приводом устанавливают на каждое ведущее колесо электродвигатель, редуктор, электромагнитный тормоз и цепные передачи; наиболее прогрессивным является мотор — колесный привод (рис. 89) с двигателем постоянного тока.
Пневмоколесные краны, как и автомобильные, выполняются
Рис. 90. Гусеничный кран грузоподъемностью 100 г.
Рис. 89. Мотор-колесо:
1 — вал электродвигателя; 2 — редуктор;
3 — цапфы; t 4 — дисковый тормоз; 5 — венец колеса.
с механическим дизель-электрическим и гидравлическим приводами и оснащаются сменным стреловым оборудованием, расширяющим область их применения. Дизель-электрический привод позволяет применять комбинированное управление (из кабины машиниста и дистанционно — с выносного пульта).
Сравнительно большая скорость передвижения (до 18 км/ч) дает возможность быстро перебрасывать кран с объекта на вбъект и также быстро менять место его работы в пределах строительной площадки.
Гусеничные краны имеют ходовую часть в виде литой стальной рамы, опирающейся на две гусеничные тележки (рис. 90, 91, а).
Привод гусеничных кранов в большинстве случаев дизель-электрический. Дизель-электрическая установка 2 смонтирована на по
111
воротной платформе, на которой размещены механизмы стреловой лебедки 3, грузовых лебедок основного 5 и вспомогательного / подъема и механизм поворота платформы 4. Каждый механизм име-
Рис. 91. Схемы гусеничного крана грузоподъемностью 100 т-
а — кинематическая схема механизмов, установленных на поворотной платформе; б— со же, на ходовой части
ет индивидуальный электродвигатель, питаемый генератором пере-менного тока. На ходовой части размещены двигатели механизма передвижения. Каждая гусеница 6 имеет отдельный привод, что поз
112
воляет поворачивать кран вокруг центра вращения платформы включением одной из гусениц.
Эти краны оснащаются дополнительными секциями для удлинения стрелы и башенно-стреловым устройством. Рабочими движениями управляют из кабины или дистанционно — с переносного пульта.
Гусеничные краны работают без выносных опор и могут свободно перемещаться по неподготовленной рабочей площадке в любом направлении. Эти преимущества, а также большая грузоподъемность гусеничных кранов (до 160 т) обусловили их широкое применение на строительно-монтажных работах в промышленном строительстве.
Особую группу составляют тракторные краны. Это тракторы, на которых смонтировано крановое оборудование.
На гусеничных и колесных тракторах из-за недостатка свободного места не устанавливают оборудования стреловых кранов обычных конструкций. Тракторные краны имеют неповоротную стрелу с малым вылетом и используются для производства специальных работ вспомогательного характера, например, как трубоукладчики, погрузчики и т. п.
§14 . Мостовые и козловые краны
Мостовые и козловые краны представляют собой подвижное пролетное строение с движущейся по нему тележкой, несущей подъемный механизм. Мостовые (двухбалочные и однобалочные) краны ис-
пользуют преимущественно для обслуживания цехов, а козловые краны — для складов заводов строительных изделий и для монтажных работ в промышленном и гражданском строительстве.
Двухбалочный мостовой кран (рис.92). Балочный мост крана 1 опирается на поперечные концевые балки 10, в которых закреплены ходовые колеса 9, приводимые во вращение механизмом передвижения 7. Мост перемещается по уложенным вдоль цеха подкрановым путям 6.
ИЗ
По мосту передвигается тележка 2, на которой смонтированы механизмы основного 5 и вспомогательного 4 подъема, механизм передвижения тележки 3 и троллейная рамка (так называемый бугель).
Аппаратура управления размещается в кабине 8. Питание крана электроэнергией осуществляется через главные троллеи, расположенные вдоль подкрановой балки.
Механизмы мостового крана обеспечивают три рабочих движения: подъем груза, передвижение тележки и передвижение моста.
Механизм подъема представляет собой лебедку, связанную с двойным полиспастом. При грузоподъемности более 10 т краны обычно имеют два самостоятельных механизма подъема — основной и вспомогательный, используемый для подъема малых гру
Рис. 93. Тележки мостовых кранов: а — крюковая; б — грейферная.
зов с большой скоростью. В зависимости от назначения крана и рода выполняемых работ механизмы подъема могут иметь крюковый (рис. 93, а) или грейферный (рис. 93, б) захват. Комбинированный механизм подъема выполняется в виде двух одинаковых независимых механизмов, электродвигатели которых управляются двумя контроллерами общей рукоятью управления.
Механизм передвижения тележки состоит из смонтированных на ее раме двух холостых и двух приводных колес, вращаемых электродвигателем через редуктор.
Механизм передвижения моста состоит из электродвигателя, редуктора и длинного трансмиссионного вала, на свободных концах которого закреплены шестерни зубчатой передачи, приводящей в движение ходовые колеса. Возможны две схемы механизмов передвижения: 1) с быстроходным трансмиссионным валом, тем же числом оборотов, что у двигателя (рис. 94, а), и с двумя редукторами по концам, передающими движение ходовым колесам крана; 2) с тихоходным валом, связанным с двигателем через
114
редуктор и передающим движение ходовым колесам через зубчатую передачу (рис. 94, б). Механизмы, выполненные по второй схеме, имеют большую массу.
Используемые на заводах стройизделий мостовые краны грузоподъемностью до 50 т изготовляют с пролетом от 10 до 32 м для трех режимов работы — легкого, среднего и тяжелого.
Рис. 94. Схемы механизмов передвижения: а — с быстроходным валом; б — с тихоходным валом.
Однобалочные мостовые краны (кран-балки) применяют при небольших пролетах (отбдо 17м) и легких условиях работы. Грузоподъемность кранов невелика: от 1 до 5 т. Вместо тележек используются тельферы. Параметры кранов стандартизированы.
Однобалочный кран (рис. 95) имеет двутавровую продольную ездовую балку /, поддерживаемую поперечными концевыми балками 6 с ходовыми колесами 4. Механизм передвижения моста 2 размещен
Рис. 95. Однобалочный мостовой кран (кран-балка).
на горизонтальной решетчатой ферме 5. По ездовой балке перемещается стандартный электротельфер 7. Краном можно управлять из кабины 3 или вне ее.
Подкрановые пути укладывают на металлических или железобетонных балках, предназначенных для передачи нагрузки на колонны. Металлические подкрановые балки имеют обычно двутавровое сечение. Для небольших пролетов применяют прокатные двутавры, для больших — сварные с усилением верхнего пояса в горизонтальной плоскости тормозными площадками, а при очень больших пролетах— горизонтальными фермами, которые обеспечивают устойчивость балок
115
и воспринимают горизонтальные усилия. По верхнему поясу подкрановых балок укладывают рельсы, разъемное крепление которых к балке обеспечивает возможность их смены и рихтовки. Для крепления рельсов применяют болты-стяжки, а для рихтовки используют прокладки (рис. 96)*.
Рис. 96. Крепление рельсов к подкрановым балкам:
а, б, в — крепление к металлическим балкам; г — крепление к железобетонной балке.
При расчете моста крана, состоящего из сплошных прокатных балок, исходят из предположения, что мост представляет собою балку, свободно лежащую на двух опорах (рис. 97). Эта балка подвергается изгибу от подвижной нагрузки 2Р и от собственного веса qL.
Рис. 97. К расчету балки моста.
Изгибающий момент в сечении, расположенном на расстоянии х от опоры Л 0,
Mx-Ax — q-^. (151)
Опорную реакцию А определяют из уравнения равновесия балки
Мв = AL-2~P(L—x — a) = 0, (152)
* Подробно о конструкциях и расчете мостовых кранов см.: А. Б. П а р-н и ц к и й, А. П. Ш а б а ш о в. Мостовые краны особого назначения. М., Машгиз, 1958.
116
откуда
(153}
. Р (2L — 2х — a) .qL А~ L + 2 ’
Подставив значение А в уравнение (151), получим
Мх = (2Lx — 2х2 — ах) + .
(154)
Для определения расстояния х, при котором изгибающий момент будет максимальным, надо найти первую производную от Мх по х и приравнять ее нулю:
2* = 4.(2/.-4х-а)+^-,х = О.
После преобразования
4PL — 2Ра + <?L2 Х~ 2 (4Р + qL)
Подставив значение х в уравнение (154), получим максимальный изгибающий момент
_(4РЛ-2Ра + ?Р)2 ШаХ — 8£ (4р
(155)
(156)
(157)
По этому моменту можно проверить поперечное сечение балки, момент сопротивления которой
Г>^тах( (158>
Ми
где &д — коэффициент динамичности;
lob — допускаемое напряжение.
Козловой кран (рис. 98) представляет собой мостовую балку или ферму 8, вдоль которой передвигается грузовая тележка 5, несущая подъемный механизм. Балка или ферма крана опирается на две ноги 1 и 6, снабженные ходовыми рельсовыми тележками 10 с механизмом передвижения 9. Обычно опорные ноги крана жестко прикрепляются к ферме, но при больших пролетах (более 30 л/) одна из них крепится шарнирно для компенсации возможных температурных изменений длины фермы. Для удобства выполнения перегрузочных операций ферма или балка иногда имеет одну или две консоли, выступающие за пределы опорных ног крана.
Козловые краны, как и мостовые, снабжены многодвигательным приводом. Питание электроэнергией осуществляется через гибкий кабель или троллеи, протянутые вдоль всего рельсового пути.
Грузовая тележка 5 несет на себе вынесенные за пределы конструкции пролетного строения блоки грузового спаренного полиспаста 7, подвижные обоймы 11 которого соединены траверсой 12 с крюком, а сбегающие ветви канатов закреплены на общем барабане электро-реверсивной лебедки 3.
И7
Механизм передвижения грузовой тележки состоит из тяговой электрореверсивной лебедки 4 (рис. 98, в), на барабан которой навивается бесконечный канат с закрепленной на нем тележкой. Реверсируемое вращение барабана вызывает передвижение тележки по рельсам, уложенным на верхнем поясе фермы.
Каждая из обеих ног крана в зависимости от его грузоподъемности опирается на две или одну ходовые двухколесные тележки, имеющие механизм передвижения.
Рис. 98. Козловой кран большой грузоподъемности (12—50 Г):
а — общий вид; б — схема запасовки грузовых канатов; в — схема запасовки тяговых канатов.
Управление всеми механизмами сосредоточено в кабине 2, расположенной в верхней части опорной ноги крана.
Козловые краны описанной конструкции выпускают грузоподъемностью от 10 до 50 г и применяют для погрузочно-разгрузочных работ на складах и для монтажа тяжелого оборудования.
Более легкие козловые краны грузоподъемностью до 5 г не имеют специальной грузовой тележки, а оборудованы укрепленным к нижнему поясу фермы монорельсом, по которому передвигается элект-рртельфер, управляемый из кабины или снизу, через переносной кнопочный пульт.
На рис. 99 показан двухконсольный кран, применяемый на строительстве сборных жилых домов. Он оборудован двумя электротель
118
ферами с кабинами управления, перемещающимися по общему монорельсу. Каждая из обеих опорных ног крана состоит из двух стоек в форме трехгранных пирамид, шарнирно соединенных в верхней части и связанных балкой. Конструкция опор и ходовых тележек крана обеспечивает его передвижение по криволинейным участкам подкранового пути, а также перевод крана на другой путь, рас-
Рис. 99. Общий вид монтажного козлового крана для сборного строительства (Чехословакия).
положенный перпендикулярно или под углом к основному, что требуется при монтаже зданий непрямогульной формы.
Грузоподъемность крана 10 г, высота подъема 23—25 м, производительность 30—40 панелей в смену.
§ 15. Кабельные краны
Кабельный кран (рис. 100) представляет собой две трубчатые или решетчатые башни /, между которыми натянут несущий стальной канат 3. По этому канату на колесах перемещается грузовая тележка 4, несущая грузовой полиспаст с крюковой обоймой 8. Тележка перемещается тяговым канатом 6 при помощи одной или двух лебедок. Канат грузового полиспаста 5 обычно закреплен одним концом на одной из башен, а вторым—на барабане грузовой лебедки.
119
Грузовые тележки делаются с двумя, четырьмя и более колесами (в зависимости от грузоподъемности).
Заданное натяжение несущего каната обеспечивается специальным полиспастом 7 и лебедкой, установленной у основания башни. Для укрепления крана имеются главные 2 и боковые ванты, якоря, лебедки и полиспасты натяжения главных вант.
В зависимости от способа установки башен различают следующие типы кабельных кранов:
Рис. 100. Кабельный кран.
стационарные (рис. 100), у которых обе башни неподвижны и поддерживаются в рабочем положении главными 2 и боковыми вантами. Кран обслуживает одну линию;
качающиеся (рис. 101) — у них обе башни 1 могут быть наклонены под углом до 8°. Этот наклон образуется изменением длин боковых вант 2 при помощи ручных лебедок 4 и полиспастов 3, устанавливаемых на якорях боковых вант. Такие краны могут обслуживать площадь прямоугольника (на рис. 101 она заштрихована);
передвижные, у которых обе башни расположены на ходовых тележках, передвигающихся по рельсовым путям. Кран обслуживает площадь прямоугольника, одна сторона которого ограничена пролетом между башнями, а вторая — длиной рельсового пути;
радиальные — одна из башен этих кранов неподвижна, а вторая передвигается по дуге окружности. Кран обслуживает площадь сектора круга.
120
Стационарные и передвижные кабельные краны грузоподъемностью до 5 г применяют для малоэтажного жилищного строительства, возведения новых и реконструкции действующих заводских цехов и на складах. Кабельные краны грузоподъемностью 5—15 т используют для монтажа тяжелых конструкций.
Средний пролет кабельных кранов составляет 250—400 м, что является основным преимуществом, позволяющим применять их
Рис. 101. Схема расположения вант и лебедок качающегося кабельного крана.
в местах, трудно доступных для других грузоподъемных машин. Высота подъема кабельных кранов зависит от рельефа местности и застройки обслуживаемого участка: она определяется из соображений, чтобы при максимально возможном провесе несущего каната можно было пронести груз над объектами, находящимися на трассе тележки.
При расчете несущего каната кабель-крана исходят из следующих трех положений:
канат представляет собой тяжелую гибкую нить, несущую равномерно распределенную нагрузку q, кгс/м (дан/м), от собственного веса и нагруженную сосредоточенным грузом (тележкой с грузом) Q;
121
условно принимают, что длина кривой каната равна прямой, соединяющей точки А и В (рис. 102);
максимальная стрела провеса каната /max находится посредине пролета.
Кабельные краны, как правило, имеют одинаковую высоту башен, поэтому приводим расчет несущего каната применительно к этому случаю. Суть расчета заключается в определении опорной реакции Та или равной ей Тв- Зная величину Та и приняв запас прочности на разрыв k = 3 — 4, определяют разрывное усилие каната
R = kTа кгс (дан).
(159)
По этому усилию подбирают канат.
Для подсчета же Та надо найти величины составляющих Va и Яд, так как
Тд = VH2a + V2a кгс (дан). (160)
Согласно рис. 102, момент относительно опоры В
MB = VAl-ql-^-Q±=Q. (161)
Отсюда
Уд = кгс (дан). (162)
Для определения составляющей НА разрежем канат посредине пролета и приложим натяжение Тс, действующее в точке С. Тогда момент относительно точки С
Mc = VA±-H^-q±±=^, (163)
откуда после преобразований
НА = -Д- (VA L (дан). (164)
Из формулы (164) следует, что чем меньше стрела провеса fmax, тем больше величина горизонтальной составляющей На- Теоретически при отсутствии стрелы провеса (/тах = 0) составляющая На
122
равна бесконечности. Практически допустимый провес /max в кабель-кранах определяют, исходя из коэффициента провеса
е = ~ о,О35 ч- 0,05. (165}
Поэтому из формул (164) и (165) можно записать, что
На = у j кге (дан). (166)
§16 . Устойчивость передвижных стреловых кранов
Расчет устойчивости передвижных стреловых кранов (автомобильных, гусеничных, на ппевмоколесном ходу), а также портальг ных кранов определяется правилами Госгортехнадзора. При определении устойчивости должно быть учтено совпадение всех возможных неблагоприятных условий.
Как уже было указано, различают грузовую и собственную устойчивость крана, т. е. когда он работает и когда стоит без груза.
Рис. 103. Схема для определения устойчивости крапа: а — рабочее состояние; б — нерабочее состояние.
Грузовая устойчивость. При работе крана (рис. 103, а) могут совпадать следующие условия:
1) кран находится на наклонной местности;
2) кран поворачивается с грузом на крюке;
3) происходит движение с ускорением поворота стрелы, которая находится под углом 45° к ребру опрокидывания А — А;
4) груз поднимается (опускается) с ускорением;
5) кран передвигается в неустановившемся режиме (пуск или торможение);
6) изменяется вылет стрелы, т. е. с ускорением перемещается оголовок стрелы в горизонтальной и вертикальной плоскостях;
7) кран подвергается действию ветра.
123
Исходя из этих условий, записывают соответствующие им моменты относительно ребра опрокидывания А—А.
1. Момент, создаваемый собственным весом крана G,
M.q = G [(6 + с) cos а — /ц sin а] кгс • м (дан • м), (167)
где b — расстояние от оси вращения крана до ребра опрокидывания, м;
с — расстояние от оси вращения крана до его центра тяжести, м;
а — угол наклона крана, град (для стреловых кранов не менее 3°, для портальных — не менее Г);
— расстояние от центра тяжести крана до уровня земли, м.
2. Моменты, создаваемые весом наибольшего груза Q и центробежной силой этого груза:
Mq = Q(a — b) кгс • м (дан • м), (168)
Мцб = кгс- м (дан - м), (169)
(170)
где а — расстояние от оси вращения крана до оси подвешенного груза, м\
h — расстояние от головки стрелы до уровня земли, м\
Н — расстояние от головки стрелы до центра тяжести груза, находящегося на уровне земли, п — число оборотов крана в минуту.
3. Момент, создаваемый поворотом стрелы и стрелового оборудования Gnp (а также груза Q), приведенного к оголовку стрелы,
_66(Gnp + Q)na/z Мстр “ (900 — n2/7) gt3 ’
где g—ускорение силы тяжести, равное 9,81 м!сек\
t3 — длительность неустановившегося режима работы механизма поворота крана (пуска или торможения), сек.
4. Момент, создаваемый подъемом (опусканием) груза, т.е. динамический момент от сил инерции поступательно движущихся масс,
MQ под = (а — Ь) = ~ (а — Ь) кгс • м (дан • м), (171)
где Q — вес груза, кгс(дан)\ j — ускорение груза, м/сек2\ v — скорость подъема (опускания) груза, м!сек\ t— длительность неустановившегося режима работы механизма подъема (пуск или торможение), сек.
5. Момент, создаваемый передвижением крана с висящим грузом,
Mnep = ~hhi + ?-/iA = кгс - м (дан - м), (172)
о о о* 1 0*1
* Вывод формул (168) — (170) см. в конце этого параграфа.
124
где G — вес крана, кгс(дан);
Л—ускорение крана, м/сек2;
—скорость передвижения крана, м/сек;
tr —длительность неустановившегося режима работы механизма передвижения (пуск или торможение), сек.
6. Момент, создаваемый изменением вылета стрелы, когда оголовок стрелы перемещается с ускорением одновременно и в горизонтальной, и в вертикальной плоскостях,
под = (^ +?) № + ( V + 8 ) Й - 4 = (Gnp+Q)v;h (G +Q)v"(a-b)
— ------1---Е-----------кге • м (дан • м), (173)
S*2 £‘2
где Опр — вес стрелы и стрелового оборудования, приведенного к оголовку стрелы, кгс(дан);
/а и /2 — ускорение оголовка стрелы при перемещении его в горизонтальной и вертикальной плоскостях, м/сек2;
V2 и V2 — скорость горизонтального и вертикального перемещений оголовка стрелы, м/сек;
t2 — длительность неустановившегося режима работы механизма изменения вылета стрелы (пуск или торможение), сек.
7. Момент, создаваемый ветром,
Мвет = №р + Wrh кге • м (дан • м), (174)
где W — ветровая нагрузка, действующая на подветренную площадь крана (для его рабочего состояния), кге (дан);
Wr—то же, на груз, кге (дан);
р—расстояние от центра приложения ветровой нагрузки (центра парусности) до уровня земли, м.
Правила Госгортехнадзора регламентируют коэффициент запаса грузовой устойчивости крана, равный отношению удерживающего момента относительно ребра опрокидывания к опрокидывающему моменту, т. е. моменту от наибольшего груза на крюке крана. Когда кран с наибольшим грузом стоит на горизонтальной поверхности и на него не действуют никакие дополнительные силы, устанавливается коэффициент грузовой устойчивости
(175)
При работе крана возникают еще дополнительные моменты {(формулы (169) — (174)], уменьшающие удерживающий момент. В этом случае
rs __ 44щ5 Л1стр MQ под Мпер Мстр. под ^вет
А1------------------------
> 1,15. (176)
125
Физический смысл формулы (176) таков: если к крюку прикрепить груз, больший на 15%, чем расчетный Q, кран опрокинется.
Собственная устойчивость. Кран без груза, установленный на наклонной местности, при минимальном вылете стрелы (рис. 103, б) подвергается действию ветра по нормам для крана в нерабочем состоянии. В этом случае коэффициент устойчивости
44'
K2 = TjA>l,15. (177)
ивет
Здесь момент, создаваемый собственным весом крана,
M'G = G[(b — с) cos а — hx sin а] кгс • м (дан^м), (178) а момент, создаваемый ветром
Л4'ет = Ц72р2 кгс • м (дан • м), (179)
где W2 — ветровая нагрузка (для крана в нерабочем состоянии), действующая на подветренную площадь крана, кгс;
р2 — расстояние от центра парусности до уровня земли, м.
Вывод формул для моментов Mq и 7Ицб (рис. 104). С учетом центробежной силы Рцб:
Mq + Мцб = Q (а - b + х) + Рцбу (180)
Рис. 104. К определению Mq и
Мцб-
Рис. 105. К определению МСТр«
Подставив значение у из формулы (181) в формулу (180), получим MQ + Мцб = Q (а - Ь) + РцбЛ. (182)
Следовательно, MQ = Q(a — b); (183)
Мцб = V (184)
Центробежная сила Рцб при массе груза т, рациусе вращения г и угловой скорости вращения
= = <185>
126
или (при я2
««)
QtPr «б дао •
Из подобия треугольников
Т’цб _ х _г — а
~Q ~И ТГ' откуда
_Q(r-g) цб И
(186)
(187)
(188)
Из формул (186) и (188) следует, что п2г г — а ____,
900 7Г ’ <189>
откуда 900а Г ~ 900 — п2Я ’ <190>
Подставив выражение (190) в формулу (185), получим
р — Р”2Д цб 900 — п2// •
(191)
Окончательно из выражений (184) и (191) получаем формулу для мо-мента от центробежной силы
миб = кгс м (дан ‘м)- (192)
Вывод формулы для момента 7Истр. Момент вызван резким торможением (пуском) механизма поворота, когда стрела находится под углом 45° по отношению к ребру опрокидывания А — А (рис. 105):
^стр T45ofl кгс • м (дан • м). (193)
Касательная сила Т определяется по формуле
р __ /^пр , Q \ . __ (^Пр "Ь Q) упов
\g+g//n0B“ gta
кгс (дан),
(194)
G
где —НЕ — вес стрелы, приведенный к оголовку, g
кгс (дан)’, /пов — ускорение поворота, м/сек?.
Поскольку скорость поворота упов — "зо ’ можно формулу (194) записать так:
(Gnp + Q) зо^3
Подставив выражение (190) в формулу (196), т= (Gnp + Q)™900a
1 30g/3 (900 — п2Я) •
кгс (дан); ~— вес груза,
получим
(195)
(196)
(197)
127
Так как
Т45о = Т cos 45° = 0,707Т,
(198)
а
900 • 0,707л
—зб—^66>
из формул (193) и (198) получаем
66 (Gn + Q) па
Т^-^^)КгС(даН)' (199)
Окончательно из выражений (193) и (199) получаем формулу для вычисления Л1стр:
66 (G + Q) nah
(2“>
§ 17. Эксплуатация грузоподъемных машин
Общие положения. Изготовление и эксплуатация грузоподъемных машин регламентируются «Правилами устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов», контроль за выполнением которых возлагается на органы Госгортехнадзора.
Грузоподъемные машины можно изготовлять только на предприятиях, имеющих на это разрешение соответствующего окружного отделения Госгортехнадзора СССР. Машины должны быть зарегистрированы в органах Госгортехнадзора, которые выдают разрешения на эксплуатацию грузоподъемных машин. Чтобы получить такое разрешение, надо иметь соответствующую техническую документацию, персонал специальной квалификации и провести техническое освидетельствование и испытание машины.
Техническая документация представляется заводом-изготовителем. Она состоит из паспорта машины и инструкций по ее монтажу и эксплуатации.
В паспорт заносятся следующие основные данные: полная техническая характеристика машины; техническая характеристика механизмов, ограничительных устройств и других приборов безопасности; характеристики грузозахватных органов, канатов и подкранового пути; данные о проведенных испытаниях; основные чертежи, кинематические схемы механизмов, схема управления машиной и т. п.; сведения о местонахождении машины, о лицах, ответственных за ее безопасную работу, о ремонте, результатах освидетельствования и т. п.
Управлять грузоподъемными машинами и обслуживать их разрешается лицам не моложе 18 лет, которые прошли медицинское освидетельствование и обучение по соответствующей программе. Аттестация этих лиц и допуск к работе на грузоподъемной машине производятся специальной квалификационной комиссией, в которую обязательно входит представитель органов Госгортехнадзора.
128
Ответственность за исправное состояние и безопасную работу грузоподъемных машин возлагается специальным приказом на представителя технической администрации, обладающего требуемой квалификацией.
Техническое освидетельствование. Чтобы установить соответствие состояния грузоподъемных машин требованиям Госгортехнадзора, ежегодно проводят их частичное освидетельствование и не реже одного раза в три года — полное.
При полном техническом освидетельствовании грузоподъемной машины производят осмотр, статическое и динамическое испытания. Кроме того, должно быть проверено состояние металлоконструкций грузоподъемной машины и ее сварных соединений, а также лестниц, площадок и ограждений, крюка и деталей его крепления в обойме, канатов, блоков, осей и деталей их крепления, состояние защитного заземления подкранового пути (в кранах с электрическим приводом) и т.п.
Статическим испытанием машины проверяют ее прочность и грузовую устойчивость (для стреловых кранов). При первичном техническом освидетельствовании, а также после монтажа, капитального ремонта или изменения конструкции статическое испытание производят нагрузкой, на 25% превышающей грузоподъемность машины.
Во время испытания контрольный груз поднимают на высоту 100—200 мм и выдерживают в таком положении в течение 10 мин\ после этого груз опускают и проверяют, не появились ли остаточные деформации в конструкции крана.
Динамическое испытание грузоподъемной машины для проверки действия механизмов и их тормозов производят наибольшим рабочим грузом или грузом, на 10% превышающим грузоподъемность машины. При этом не менее двух раз выполняют все рабочие движения машины с грузом на крюке.
Результаты технического освидетельствования и испытания записывают в паспорт грузоподъемной машины. При удовлетворительных результатах в паспорт вносят запись о разрешении на работу грузоподъемной машины и указывают дату следующего освидетельствования.
Внеочередные освидетельствования грузоподъемной машины следует производить после каждого монтажа, капитального ремонта, смены механизма подъема, крюка или канатов.
Правила безопасности. Грузоподъемными машинами можно поднимать и перемещать только такие грузы, масса которых не превышает грузоподъемности машин. У стреловых кранов при этом надо учитывать положение опор и вылет стрелы.
На грузоподъемных машинах, находящихся в работе, должны быть четко, крупными надписями обозначены регистрационные номера, грузоподъемность и дата следующего испытания.
На предприятиях надо разработать способы правильной строповки грузов и обучить этим способам строповщиков, которых
5 5-291
129
следует обеспечить рассчитанными, испытанными и промаркированными съемными грузозахватными приспособлениями и тарой надлежащей грузоподъемности.
Должен быть установлен порядок обмена условными сигналами между строповщиком и крановщиком.
При необходимости установки стрелового крана на дополнительные опоры его надо установить на все имеющиеся опоры, под которые следует подложить прочные и устойчивые инвентарные основания.
Не разрешается устанавливать краны для работы на свеженасы-панном, неутрамбованном грунте, на краю откоса, выемки и на площадке с уклоном, превышающим указанный в паспорте.
При подъеме груза его сначала надо приподнять на высоту не более 200—300 мм для проверки правильности строповки и надежности действия тормоза. Нельзя поднимать, опускать и перемещать груз, если под ним находятся люди. Не разрешается также опускать груз в автомашины и полувагоны или поднимать его, когда в кузове или кабине находятся люди.
Запрещено оставлять груз в подвешенном состоянии по окончании работы или на перерыв. Рубильник в кабине крановщика или на портале башенного крана в это время должен быть отключен и заперт. Не допускается подтаскивать груз по земле, полу или рельсам крюком крана.
Кроме указанных общих правил безопасности надо соблюдать дополнительные правила, указанные в «Правилах устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов», утвержденных Госгортехнадзором СССР.
Производительность. Сменную производительность грузоподъемных машин определяют по формуле
псм = QkB TjGMeH (шт/смен), (201)
гц
где ---количество циклов в час;
*ц
/ц — продолжительность одного цикла, мин;
п — число рабочих часов в смене;
Q — количество груза, поднимаемого за один цикл, т или шт.; kB — коэффициент использования сменного времени, учитывающий внутрисменные перерывы в работе грузоподъемной машины и равный 0,7—0,8.
Продолжительность цикла /ц грузоподъемной машины складывается из машинного времени /маш и времени, затрачиваемого на выполнение монтажных операций /МОНт.
Длительность монтажных операций включает в себя время, требуемое для операций, выполняемых вручную специальными рабочими (строповка груза, установка, отцепка и т.д.).
130
Машинное время учитывает продолжительность всех операций, выполняемых машиной: подъема груза, поворота стрелы, изменения вылета стрелы, передвижения крана и др.
Машинное время вертикального перемещения крюка определяется полной длиной его пути по вертикали и скоростью движения, т. е.
. Н' , Н" ,ОЛОЧ
^ = — + -- мин, (202)
U1 U2
где Н' и Н" — длина пути крюка при подъеме и опускании, м\
Vi и v2 — скорость подъема и опускания, м/мин.
Машинное время горизонтального перемещения крюка может состоять из продолжительности поворота и передвижения крана, передвижения грузовой каретки по стреле и крюка при изменении вылета стрелы. Машинное время поворота стрелы /Пов определяют по формуле
бтов = Лнт мин, (203)
О U U/4
где а — угол поворота стрелы в одну сторону, град-, п — число оборотов стрелы в минуту.
Машинное время передвижения крана, каретки или крюка при изменении вылета стрелы
3
/пер =z — мин, (204)
где S — путь передвижения, м;
v — скорость передвижения, м/мин.
Общее машинное время цикла
/маш = /в + /пов + /пер MUH. (205)
Производительность кранов можно повысить увеличением количества груза, поднимаемого за один раз, или уменьшением продолжительности цикла. Так как количество груза лимитируется грузоподъемностью крана, следует максимально использовать эту грузоподъемность, подбирая соответствующую тару для сыпучих и вяжущих материалов, создавая специальные стропы, позволяющие поднимать одновременно несколько штучных грузов.
Продолжительность цикла можно уменьшить в результате уменьшения машинного и монтажного времени. Машинное время цикла зависит от конструктивных свойств машины, мастерства рабочего, управляющего ею, и производственных условий, в которых машина работает.
Конструктивные свойства машины, влияющие на продолжительность машинного времени цикла, определяются рабочими скоростями, системой управления и кинематической схемой машины, от которой зависит возможность совмещения отдельных операций. Для уменьшения машинного времени краны должны обладать широким пределом регулирования скорости опускания и подъема
5*
131
крюка, что дает возможность в 2—3 раза увеличивать скорость подъема небольших грузов и опускания крюка.
Значительное влияние на продолжительность машинного времени оказывает система управления. Наиболее целесообразен многодвигательный привод с электрической системой управления, позволяющий совмещать все движения крана и независимо управлять ими. Значительное сокращение продолжительности цикла обеспечивает автоматизация процессов управления краном: автоматическое регулирование скорости подъема и опускания груза в зависимости от его массы, автоматизация контроля выполненной работы и т.п.
От мастерства рабочего, управляющего машиной, зависит полнота использования конструктивных свойств и возможность (в пределах, допускаемых кинематической схемой машины и производственными условиями) максимального совмещения рабочих операций. В результате совмещения операций, т.е. одновременного выполнения движений подъема и поворота, поворота и передвижения и т.д., сокращается машинное время цикла.
При совмещении операций полная длительность цикла
/ц = £^маш “Ь бионт MUH, (206)
где е — коэффициент, учитывающий совмещение операций и равный примерно 0,6—0,8.
Большое влияние на продолжительность машинного времени цикла оказывают также производственные условия, в которых работает кран, т.е. организация его рабочей зоны. Материалы и детали, подлежащие подъему, надо располагать так, чтобы средний угол поворота крана и средний путь его перемещения были наименьшими.
Длительность монтажных операций в основном зависит от двух факторов: конструктивных возможностей крана и конструкции захватных приспособлений. В современных кранах предусмотрена предельная видимость машинистом места установки груза, так как это имеет большое значение для согласования действий такелажников или монтажников и машиниста. Кроме, того, у этих кранов обеспечивается плавность торможения, устраняющая излишнее раскачивание груза при его посадке и малые посадочные скорости, сокращающие длительность монтажных операций крана.
Ремонт машин. Системой планово-предупредительного ремонта (ППР) предусматривают все виды ремонта грузоподъемных машин, исходя из количества отработанных машино-часов. Таким образом, дефекты устраняются не тогда, когда машина пришла в неработоспособное состояние, а заблаговременно. При установлении сроков и вида ремонта исходят из такого износа машины, при котором не исключается возможность ее работы, но создается угроза аварийного нарастания износа при дальнейшей эксплуатации.
Система ППР позволяет заранее уточнить и согласовать время
132
постановки машин на ремонт, сохранять во время эксплуатации нормальную работоспособность машин благодаря своевременному уходу за ними и ремонту, заранее планировать весь комплекс ремонтных работ (графики ремонтов, заготовку ремонтных материалов и запасных частей и расчет трудовых затрат).
В системе ППР приняты следующие виды работ: техническое обслуживание и ремонты — текущий и капитальный.
Техническое обслуживание (ТО) регламентирует очистку, мойку, осмотр (ревизию) и контроль за техническим состоянием узлов, агрегатов, приборов, канатов, системы гидравлики и сменного рабочего оборудования, машины в целом; крепление деталей, регулировку механизмов, узлов и агрегатов; смазку, заправку машин, замену масел, топлива и охлаждающих жидкостей при переходе к осенне-зимнему и весенне-летнему периодам; опробование отдельных узлов, рабочего оборудования и всей машины и замену или восстановление изношенных деталей.
Текущий ремонт (Т) включает частичную разборку строительных машин, устранение неисправностей в агрегатах и узлах, возникающих в процессе работы машин и препятствующих их нормаль-н ой эксплуатации, замену отдельных агрегатов, узлов и деталей (кроме базовых) новыми или заранее отремонтированными.
Технические обслуживания и текущие ремонты проводятся на эксплуатационных базах механизации специализированными бригадами с участием машинистов машин.
При капитальном ремонте (К) строительные машины разбирают, восстанавливают все начальные посадки и сопряжения в соответствии с указаниями по капитальному ремонту машин, занятых в строительстве, заменяют изношенные агрегаты и узлы новыми и заранее отремонтированными.
Капитальный ремонт сложных строительных машин (гусеничных, пневмоколесных, башенных кранов и т. п.) проводится на специализированных ремонтных заводах.
Время работы от начала эксплуатации машины до первого капитального ремонта или между двумя капитальными ремонтами, выраженное в часах работы машины, называется межремонтным циклом, а число часов работы машины между одноименными техническими обслуживаниями или ремонтами — периодичностью ремонтов и технических обслуживаний.
Нормы периодичности ремонтов и технических обслуживаний строительных машин, а также их трудоемкости и продолжительности устанавливаются Госстроем СССР*.
Для наглядности и удобства планирования рекомендуется составить структурный годовой график ремонта машин. Зная продолжительность каждого ремонта и техобслуживания, легко составить календарный график.
* См. «Инструкцию по проведению планово-предупредительного ремонта строительных машин (СН 207-68)»,
133
Пример расчета. Башенный кран-погрузчик отработал с начала эксплуатации 11 800 ч. На запланированный период (год) предусматривается 4 000 рабочих часов.
Согласно нормам Госстроя СССР, периодичность выполнения ремонта (техобслуживания) в машино-часах такова: капитальный ремонт 14400, текущий — 1600, техническое обслуживание —200.
Определить потребность в ремонтах и техобслуживаниях этой машины за
год ее эксплуатации.
Порядок составления графика:
1) откладываем в масштабе запланированное количество часов работы машины (рис. 106, а), затем определяем количество часов до ближайшего капи-
Рис. 106. Построение структурного годового графика техобслуживаний и ремонтов башенного крана-погрузчика.
тального ремонта (14400 ч — — 11800 ч = 2600 ч) и также откладываем их на графике;
2) откладываем, начиная от К, периодичность текущих ремонтов Т = 1600 ч (рис. 106, б);
3) откладываем, начиная от К, периодичность технических обслуживаний ТО = 200 ч (рис. 106, в).
Таким образом, потребность в ремонтах и технических обслу-живаниях башенного крана за
№00'11800*2600
Рис. 107. Структурный график техобслуживаний и ремонтов крана при 1800 ч работы в году.
год его эксплуатации составит: капитальных ремонтов К = 1, текущих ремонтов Т = 1, технических обслуживаний ТО = 18.
Графики легко составить и в тех случаях, когда нет ни одного капитального ремонта в году.
На рис. 107 приведен структурный годовой график технических обслуживаний и ремонта крана, когда планируется 1600 ч его работы в году (остальные данные те же, что и в предыдущем примере). Поскольку 14400 ч — — 11800 ч — 2600 ч и в планируемом году нет капитального ремонта, выносим его штрихами. Потом строим график в указанном ранее порядке, по которому определяем последовательность техобслуживаний и ремонтов и их количество: К = 0; Т = 1; ТО = 8.
Наиболее прогрессивным методом, сокращающим продолжительность ремонта, является агрегатно-узловой, когда изношенные узлы и агрегаты снимают с машин и заменяют ранее отремонтированными (из оборотного фонда) или новыми.
134
Вопросы и задания для самопроверки
1. Приведите классификацию грузоподъемных машин. Как характеризуются условия и режим их работы, расчетные нагрузки?
2. Приведите характеристику силового оборудования грузоподъемных машин.
3. Как подбирают канаты и крюки?
4. Как рассчитывают клещевые захваты и стропы?
5. Как определить канатоемкость барабанов?
6. Как рассчитывают колодочные, ленточные, дисковые и конусные тормоза? Каковы условия их применения?
7. Как производят расчеты полиспастов?
8. Сравните методики расчетов механизмов подъема, перемещения и вращения. Как определяют для этих механизмов продолжительность пуска и период торможения?
9. Составьте схемы устройства реечного, винтового и гидравлического домкратов, сравните области их применения и формулы усилий для подъема груза.
10. Составьте кинематические схемы ручной тали, электротали, фрикционных и реверсивных лебедок.
И. Начертите схемы устройства мачтового и скипового подъемников, легких переносных кранов-подъемников и мачтово-стреловых кранов. Опишите области их применения. Выведите формулу для определения усилий в вантах мачтово-стрелового крана.
12. Изобразите схемы конструкций различных типов башенных кранов. Дайте сравнительную оценку этих конструкций на основании действующих на них нагрузок и требований сборно-монтажного строительства.
13. Приведите схемы и объясните устройство элементов конструкций приборов и механизмов башенных кранов, удовлетворяющих требованиям сборного строительства: а) механизмов для четвертого рабочего движения; б) механизмов подъема; в) опорно-ходовой части; г) системы управления работой крана; д) приборов безопасной работы; е) устройства для перебазирования.
14. Сравните методику расчета устойчивости стационарного поворотного крана и башенного крана.
15. Каковы сферы применения различных типов самоходных стреловых кранов? Изобразите схемы их устройства и объясните условия работы. Проанализируйте различные системы их привода.
16. Опишите область применения и приведите схемы устройства портальных, мостовых, козловых и кабельных кранов.
17. Из каких положений исходят при расчете балки мостового крана и несущего каната кабель-крана?
18. Объясните требуемые условия и порядок ввода в эксплуатацию грузоподъемной машины.
19. Перечислите требования Госгортехнадзора к устойчивости передвижных стреловых кранов. Изобразите схемы действующих на кран нагрузок для определения грузовой и собственной устойчивости кранов.Напишите уравнения устойчивости и проанализируйте их.
20. Напишите формулу производительности грузоподъемных машин и объясните способы определения входящих в нее величин. Укажите способы повышения производительности.
21. Охарактеризуйте виды ремонтов по системе ППР. Как составляют структурный годовой график ремонта грузоподъемных машин?
ГЛАВА II
ТРАНСПОРТИРУЮЩИЕ МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ
§ 18. Общие сведения
Транспортирующие машины непрерывного действия применяют для перемещения различных материалов: сыпучих (гравий, щебень, цемент, грунты и т.п.), пластичных (бетонная смесь, растворы), а иногда мелкоштучных (камень, кирпич). Они транспортируют грузы потоком, постоянным по производительности и направлению. Так как перестановка этих машин в большинстве случаев сложна, их используют, как правило, в виде стационарных и полустацио-парных установок.
Среди машин непрерывного действия различают конвейеры, пневматические и транспортные устройства и гравитационные* * установки. Все эти машины высокопроизводительны при условии, если материалы подаются на них непрерывно и принимаются с них безотказно.
Конвейеры служат для механического транспортирования насыпных и штучных грузов. На заводах строительных изделий наибольшее распространение получили ленточные, цепные, скребковые, ковшовые, роликовые, винтовые и вибрационные конвейеры.
В пневматических устройствах, применяющихся главным образом для транспортирования цемента на складах, материал перемещается по системе трубопроводов под действием движущегося с большой скоростью воздуха.
Вгравитационных установках перемещение груза осуществляется только под действием собственного веса по лоткам или трубам.
На работу машин непрерывного действия большое влияние оказывают свойства перемещаемых материалов: кусковатость, угол естественного откоса, коэффициенты трения по различным поверхностям и насыпная масса.
По кусковатости, или гранулометрическому** составу, т.е. по относительному содержанию кусков (зерен) разной крупности, транспортируемые материалы разделяют на рядовые и сортированные. Если отношение размеров наибольших и наименьших кусков превышает 2,5, материал называется рядовым, если менее 2,5 — сорта-
* Gravitas (лат.) — тяжесть.
* Granulum (лат.) — зерно.
136
рованным. В рядовых материалах измеряют наибольшие куски, в сортированных — средние по их наибольшим сечениям.
Кусковатость насыпных грузов надо учитывать при определении рабочих элементов конвейеров (лент и ковшей) и размеров выпускных отверстий люков, желобов и бункеров. Насыпные материалы в зависимости от размера типичных кусков (в мм) делят на ряд категорий, например, среднекусковые 60—100, крупнозернистые 2— 10, мелкозернистые 0,5—2.
Если свободно насыпать сыпучий материал на горизонтальную плоскость, боковая его поверхность располагается к этой плоскости под определенным углом (р0, который называется углом естественного откоса. Чтобы определить угол ф0, в полый цилиндр насыпают материал, затем цилиндр осторожно приподнимают. Материал рассыпается, образуя конус с углом ф0. Расчетный угол откоса материала принимают значительно меньшим, чем ф0, из-за толчков и встряхивания движущегося конвейера.
Насыпная плотность материалов у, при расчетах обычно измеряемая в кг/м3, является важным параметром для определения производительности машин и давления на стенки и выпускные отверстия бункеров. Определяют ее обычно при помощи мерного сосуда, который заполняют грузом, а затем взвешивают.
Коэффициенты трения материалов по прорезиненной ленте, стали, бетону, дереву обусловливают углы наклона ленточных конвейеров, а также углы наклона стенок и ребер воронок, лотков и бункеров.
Для иллюстрации в табл. 4 приведены приближенные величины насыпной плотности, угла естественного откоса и коэффициентов трения в покое различных материалов.
Таблица 4
Насыпная плотность, угол естественного откоса и коэффициенты трения насыпных материалов
Материалы Насыпная плотность у, кг/м3 Угол естественного откоса (в покое) <Ро, град Коэффициент трения в состоянии покоя для
стали резины
Цемент 1000—1300 50 0,65 0,64
Песок сухой 1400—1650 45 0,8 0,56
Щебень сухой 1800 45 0,63 0,6
Гравий 1500—1900 45 1 —
Известняк мелкокусковой 1200—1500 50 0,75 —
Существенное значение для работы машины имеют также следующие свойства материалов: слеживаемость, от которой зависит их подвижность; хрупкость, обусловливающая измельчение материалов при перегрузках и падении с большой высоты; абразивность
137
и острокромочность, которые приводят к быстрому износу элементов машины, и липкость, требующая принудительной разгрузки материала.
Производительность машины, выдающей материал непрерывным потоком, например ленточных конвейеров, определяют по формуле
n = (207)
где Р — сечение перемещаемого материала, л*2;
v — скорость движения материала, м/сек;, у — насыпная плотность, кг/м\
При перемещении материалов отдельными порциями, например в случаях применения ковшовых конвейеров, их производительность
П = 3600 ± v м3/ч, (208)
ИЛИ
п = 3,6-2- vy т/ч, (209)
где q — порция материала, л«3;
a — расстояние между отдельными порциями, м.
При выборе машин непрерывного действия исходят в первую очередь из их пригодности для перемещения данного материала. Например, цемент можно перемещать только машинами, обеспечивающими герметизацию, т.е. ковшовыми элеваторами, винтовыми конвейерами, пневмотранспортными установками; штучные грузы больших размеров — роликовыми или пластинчатыми конвейерами.
§ 19. Ленточные конвейеры
Ленточные конвейеры широко применяют для перемещения в горизонтальном и наклонном направлениях однородных сыпучих, пластичных материалов и мелкоштучных грузов. Достоинствами этих конвейеров являются простота конструкции, малая собственная масса, надежность работы и удобство эксплуатации.
По конструкции ленточные конвейеры разделяют на стационарные (рис. 108), передвижные и переносные — звеньевые.
В стационарных ленточных конвейерах гибкая бесконечная лента 4, лежащая на роликовых опорах 5, огибает приводной 1 и натяжной 7 барабаны; роликоопоры 5 и 9 установлены на раме 2. Материал поступает на ленту через загрузочную воронку 6 и разгружается с ленты через барабан 1 или при помощи разгрузочного устройства 3. Для натяжения ленты служит висящий на канате груз 8.
Конфигурация ленточных конвейеров в плане может быть только прямолинейной, в вертикальной плоскости — прямолинейной и с перегибами.
138
Переносные конвейеры имеют раму, состоящую из отдельных звеньев длиной 2—3 м, соединяемых при помощи зажимов. Длину такого конвейера (до 240 м) можно изменять добавлением или удалением звеньев.
Лента и роликоопоры. Лента несет на себе перемещаемый материал и в то же время служит тяговым элементом, воспринимающим натяжение от приводного барабана. Наибольшее распространение получили прорезиненные тканевые ленты, состоящие из нескольких слоев хлопчатобумажной ткани (бельтинга), связанных между собой резиной. Ширина лент и число прокладок стандартизованы:
0,3 0,4 0,5 0,65 0,8 1 1,2 1,4
3—4 3—5 3—6 3—7 4—8 5—10 6—10 7—10
Рис. 108. Схема стационарного ленточного конвейера.
Ширина ленты, м Количество прокладок . . . .
Ленту рассчитывают по максимальному натяжению Smax, кгс (дан). Число прокладок
с
« = (210)
где В — ширина ленты, м;
р — допускаемая нагрузка на 1 м ширины одной прокладки ленты [при обычном бельтинге — 550 кгс(дан)].
Так как длина конвейера ограничивается прочностью ленты, для ее увеличения примерно в два раза применяют особо прочный бельтинг или уточно-шнуровую ткань. Еще более прочны ленты с прокладками из искусственных волокон (нейлона, перлона, анида). Все шире применяют особо прочные ленты с каркасом из стальных тросиков, которые позволяют увеличивать длину одного конвейера с 200—250 м до 2—3 км. Конвейеры такой длины нужны на земляных работах и на карьерах строительных материалов.
Различают ленты общего назначения и специальные — теплостойкие и морозостойкие. Теплостойкие ленты благодаря специальной обкладке и асбестовой прокладке можно применять при температуре до 100° С, морозостойкие, в резиновую прокладку которых введена специальная добавка (антрифриз),— при температуре до минус 45°.
Рабочей ветви ленты (рис. 108) при помощи роликоопор придают желобчатую форму, что значительно увеличивает производительность конвейера. Плоскую ленту на рабочей ветви применяют только
139
при сравнительно малой производительности (до 20—25 м3/ч) и транспортировании штучных грузов. Нижняя нерабочая часть ветви всегда плоская.
При гладкой поверхности ленты, чтобы избежать продольного сползания груза, угол наклона конвейера для сыпучих материалов не должен превышать 18—20°, а для мытого и сортированного гравия — 12°.
Рис. 109. Передвижной конвейер с ребристой лентой.
Рис. НО. Схема конвейера А. О. Спиваковского:
а — поперечное сечение по конвейеру; б — схема конвейера.
Поэтому угол наклона установки должен быть на 7—10° меньше, чем угол трения материала о ленту. Для увеличения угла наклона до 50—60° используют ребристые ленты (рис. 109). Холостую ветвь этих лент поддерживать трудно, поэтому ребристую ленту применяют лишь для небольших конвейеров, у которых обратная ветвь провисает свободно, без опор.
Для больших углов наклона применяют также конвейер, имеющий перегородки и поддерживающие ролики на холостой ветви (рис. 110). Холостая ветвь уложена на два расставленных ролика 3, между которыми проходят перегородки 1. К грузонесущей ленте конвейера во всю ее длину присоединены (способом вулканизации или приклеены) гибкие продольные ребра 2, которые укрепляют поперечные перегородки и движутся по роликам на холостой ветви. Попе
140
речные перегородки могут иметь форму пластин или решеток. Для повышения устойчивости перегородки оперты на кронштейны.
При обычной конструкции конвейера можно значительно увеличить угол наклона ленты, применив вспомогательную прижимную ленту, состоящую из множества соединенных цепных звеньев; она
Рис. 111. Ленточный конвейер с большим углом наклона (ФРГ): а — схема конвейера; б — сопряжение основной и вспомогательной лент.
имеет ту же скорость, что и основная лента, и плотно охватывает
транспортируемый груз (рис. 111).
Важное значение имеет величина стрелы провеса ленты /0 в
пролете /р между роликами рабочей ветви (рис. 112). Если стрела
провеса большая, материал на ленте сосредоточивается между роли-
ками и нарушает работу конвейера.
Будем рассматривать ленту как тяжелую гибкую нить, несущую равномерно распределенную нагрузку от собственного веса дл и материала q, кгс!м, и примем, что длина кривой равна пролету между точками А и Б.
V V
с Тс
Рис. 112. Кривая провисания груженой ленты.
Тогда формулу (162) можно записать так:
(211)
(212)
а формулу (164)
J_[V/p (p + ^Xl “ А> L 2 8 J •
__ <4 4*
И ~ 2
141
Приняв S = Smin, т.е. минимальному натяжению на груженой ветви, из формул (211) и (212) получим
/о —
(? + <7лНр 8Smin
(213)
Практически при насыпных грузах принимают /0 < (0,025 ч-ч- 0,03)/р, откуда по уравнению (213) наименьшее натяжение ленты должно удовлетворять условию
Smin = (5 ч-4) (9 + </л)/р. (214)
ФФ Ф \ /фФФ>фф\ /ФФ ф -ф ф ф \ ффффффф) Лфффу фф^Л /фф-ф-ффф ф Тфф-фЖффф J Тфф ф ф ф ф ф \фффффф/ \Ф фффффу \ФФФффф/
б
Рис. 113. Способы соединения концов лент:
а — склеиванием; б — металлическими шарнирами; в — крючками.
При монтаже ленты ее концы приходится соединять. Лучшим способом является склеивание резиновым клеем с последующей вулканизацией, при которой прочность стыка достигает 85% прочности цельной ленты. Перед склеиванием каждый из концов ленты срезают ступенями по числу прокладок (рис. 113, а). Часто ленту соединяют металлическими шарнирами (рис. 113, б), которые приклепывают медными заклепками к ее концам. Для желобчатых лент шарниры составляют из нескольких частей (по числу роликов в опоре).
Большое распространение за рубежом получило соединение специальными крючками (рис. 113, в), образующими петли, в которые пропускается кусок стального каната. Такое соединение легко выполнить, однако прочность его недостаточна (не более 50% прочности ленты).
Роликоопоры подразделяются на верхние и нижние. В соответствии с желобчатой формой рабочей части ветви верхние роликоопоры, как правило, бывают трехроликовыми, а нижние (в связи с плоской формой холостой ветви) — однороликовыми. Расстояние между роликоопорами на рабочей ветви обычно 1,1—1,5 м
142
Рис. 114. Схема центрирования ленты наклонной роликовой опорой.
и зависит от насыпной плотности транспортируемого материала и ширины ленты: чем они больше, тем чаще надо ставить опоры. Расстояние между ними на холостой ветви примерно в два раза больше, чем на рабочей.
Чтобы предотвратить сбегание ленты трехроликовых опор в сторону, боковые ролики устраивают с небольшим (на 2—4°) отклонением вперед по ходу ленты (рис. 114): лента частично сходит с одного бокового ролика и большей частью ширины ложится на другой; центрирующее действие последнего возрастает, и лента возвращается в центральное положение. Наклонные роликоопоры устанавливают через пять-шесть обычных.
Приводные устройства ленточных конвейеров состоят из барабана 3, двигателя 1 и передаточного механизма 2 (рис. 115).
По формуле Эйлера, для того чтобы лен-скользила на приводном барабане 116), должно быть
соблюдено ус-
та не (рис. ловие
двигатель; 2 —• редуктор; 3 — барабан.
где 5Наб—натяжение набегающей ветви, кге (дан)’, Зеб — натяжение сбегающей ветви, кгс(дан);
е — основание натуральных логарифмов;
,и — коэффициент трения между лентой и приводным барабаном;
а — угол обхвата лентой приводного барабана, рад.
143
Тяговое усилие на барабане IFO может быть определено из выражения
SHa6 = Sc6 +
(216)
После преобразований получаем
(217)
Как видно из уравнения (217), величина тягового усилия, которое может быть передано с приводного барабана на ленту, возрастает с увеличением угла обхвата а, коэффициента трения р, и натяжения ленты 5„яб.
Рис. 117. Схема привода ленточного конвейера: Рис. 118. Схема ре-
а, б — однобарабанные; в, г — двухбарабанные Дуктора при Двухба-
рабанном приводе:
Для увеличения коэффициента трения воТныТбар^ныЛ^ы.’ р, между барабаном и лентой барабан обши- носная головка. ’ вают (футеруют) деревом или резиной, а для увеличения угла обхвата — применяют выносные головки и двухбарабанные приводы. Если при однобарабанном приводе по схеме на рис. 117, а угол обхвата а = 200 230°, а по схеме б — 270 -ь 290°,
то при двухбарабанном приводе без выносной головки по схеме в он составляет а = ах + «2> т.е. примерно 350° , а с выносной головкой по схеме г — около 480°.
Например, для чугунного или стального барабана (при р = 0,3) угол обхвата 210° обеспечивает е^ = 3, а для барабана с резиновой обшивкой (при и = 0,4) угол обхвата а = 300° обеспечивает е;хя = = 8,12.
При двухбарабанном приводе оба барабана приводятся в движение от одного двигателя через редуктор по схемам, представленным на рис. 118. В таком приводе барабаны, как правило, не футеруют, так как при неравномерном износе футеровки повышается скольжение ленты.
Недостатком двухбарабанного привода является набегание ленты рабочей поверхностью на барабан.
Жесткость ленты зависит главным образом от количества прокладок в ней. Поэтому во избежание расслаивания и порчи ленты
144
от перегибов величину диаметра барабанов De принимают пропорциональной числу прокладок
D6 > ki мм, (218)
где k — коэффициент пропорциональности, равный для приводных барабанов 125 при i = 2 ч- 6 и 150 при i — 8 12,
а для натяжных барабанов — 100. Ширину барабанов берут на 0,1—0,2 м больше ширины ленты.
Натяжные устройства. В ленточных конвейерах натяжные приспособления бывают винтового типа — при длине конвейера до 50 л и грузового типа — при длине свыше 50 м.
Рис. 119. Винтовое натяжное устройство.
Винтовые натяжные устройства (рис. 119), в которых натяжной барабан перемещается винтами, отличаются компактностью, но требуют постоянного наблюдения, так как по мере вытягивания ленты натяжение в ней ослабевает и она начинает буксовать.
Грузовые натяжные устройства действуют автоматически (см. рис. 108).
При расчете натяжного устройства исходят из усилий натяжения ветвей ленты у натяжного барабана.
Загрузочные и разгрузочные устройства. Конструкция загрузочных устройств зависит от транспортируемых материалов и способа их загрузки. Штучные грузы укладывают непосредственно на конвейер или загружают при помощи направляющих спусков, а сыпучие — через загрузочную воронку и направляющий лоток (рис. 120).
Лента может разгружаться как в конце конвейера, так и в любом месте по его длине. При плоской лепте и штучных грузах применяют плужковый сбрасыватель (рис. 121, я), при желобчатой ленте и сыпучих грузах — барабанный разгрузчик (рис. 121, б), который можно перемещать вдоль конвейера с помощью механического привода, получающего движение от ленты.
Материал сбрасывается с барабана в направляющий кожух.
115
Очистительные и предохранительные приспособления. Для очистки наружной поверхности ленты от прилипших к ней частиц при сухом материале применяется резиновый скребок (рис. 122, а), зажатый между металлическими планками, при влажных и липких материалах — вращающаяся резиновая щетка (рис. 122, б), при-
Рис. 120. Схема загрузочной воронки и направляющего лотка: а —для мелкого материала; б — для среднекускового материала; / — воронка; 2 — конвейерная лента.
водимая в движение от приводного барабана специальным редуктором.
Внезапная остановка загруженного наклонного конвейера (например, при выключении тока) может вызвать самопроизвольное движение ленты с грузом вниз, обрыв ее и поломку механизмов. Для предупреждения такого самопроизвольного движения применяют ленточный останов (рис. 123), состоящий из куска прорезиненной тормозной ленты /, один конец которой прикрепляют к раме конвейера, а другой укладывают на внутреннюю сторону холостой
146
б
Рис. 121. Разгрузочные устройства: а — плужковый сбрасыватель; б — барабанный разгрузчик; / — приводной механизм передвижения; 2 и 3 — нижний и верхний барабаны.
Рис. 122. Приспособления для очистки ленты: а — резиновый скребок; б — резиновая щетка; 1 — барабан; 2 — щетка; 3 — скребок.
ветви ленты конвейера 2. При рабочем ходе конвейера конец тормозной ленты удерживается планкой 4, концы которой упираются в рамку 3. При выключении двигателя привода, когда лента с грузом начинает двигаться в обратную сторону, свободный конец тормозной ленты 1 затягивается между барабаном 5 и лентой 2 и застопоривает ее.
Рис. 123. Ленточный останов для наклонного конвейера.
Конвейеры с металлическими лентами. Металлические ленты для конвейеров применяются цельнопрокатные стальные и проволочные.
Стальная лента вследствие повышенной жесткости требует увеличения диаметра барабанов до
D = (800 -н 1200) S мм, (219)
где 6 — толщина ленты, мм.
Концы ленты соединяют внахлестку заклепками. Стальная лента весьма чувствительна к резким перегибам и поэтому требует точного монтажа, тща-
тельного наблюдения в процессе эксплуатации и применения центрирующих и предохранительных устройств. Скорость стальной ленты рекомендуется принимать не более 1 м/сек. Для плоской ленты применяют прямые роликоопоры, состоящие из отдельных шкивов, для желобчатой — пружинные (рис. 124).
Стальную ленту используют для транспортирования горячих грузов, а также липких материалов, например влажной глины.
Из проволочных лент чаще всего применяют шарнирно-звеньевые — без бортов и с бортами (рис. 125), состоящие из отдельных плоских проволочных спиралей попеременно правой 1 и левой 2 навивок, соединяемых при помощи стержней 3.
При проволочных лентах применяется то же оборудование, что и при тканевых, но с однороликовыми опорами: большая жесткость ленты в поперечном направлении не позволяет придавать ей желобчатую форму.
Проволочные ленты обычно применяют для кусковых и штучных грузов в обжигательных, моечных и сортировочных устройствах.
Л
а
Рис. 124. Поперечное сечение конвейера со стальной лентой:
Автоматическое управление ленточны- ми; б -РсМпружиРннымК1Гпора' ми конвейерами. На складах, дробильных
и бетонных заводах для перемещения грузов на большие расстояния устанавливают последовательно ряд ленточных конвейеров с дистанционно-автоматизированным управлением, в котором предусматриваются: автоматический последовательный пуск конвейеров с центрального пункта управления; выключение электродвигателей конвейера при пробуксовке приводного барабана,
148
обрыве ленты или какой-либо неисправности; отключение всех конвейеров, передающих материал на поврежденный конвейер. При дистанционно-автоматическом управлении, являющемся более надежным, чем управление каждым приводом конвейера в отдельности, сокращается количество обслуживающего персонала.
На рис. 126 приведена одна из схем управления и блокировки электродвигателей последовательно работающих конвейеров. Первый конвейер включают нажатием на центральном пульте управле-
ния кнопки Ц. При этом катушка контактора пускателя 1Л замыкает его линейные контакты 1Л1, 1Л2 и 1ЛЗ. Двигатель Мг начинает вращать приводной барабан первого конвейера. Одновременно начинает действовать и центробежное механическое реле. Когда ротор двигателя набирает полное число оборотов, т.е. когда в первом конвейере прекращается действие инерционных усилий, реле 1РЦ замыкает блок-контакт 1РЦ1 в цепи управления двигателем М2 второго конвейера.
При этом замыкается цепь катушки контактора 2Л, и его линейные контакты 2Л1, 2Л2 и 2ЛЗ включают двигатель М2. По достижении ротором двигателя М2 полного числа оборотов центробежное реле 2РЦ замыкает блок-контакт 2РЦ1 в цепи управления двигателем М3 третьего конвейера. Катушка контактора ЗЛ через свои линейные контакторы ЗЛ1, ЗЛ2 и ЗЛЗ включает двигатель М3
149
третьего конвейера. При окончании пуска двигателя 7И3 центробежное реле ЗРЦ замыкает блок-контакт ЗРЦ1. После этого кнопка Ц отпускается.
Рис. 126. Схема управления и блокировки электродвигателей последовательно работающих конвейеров:
Mi, М2, М3 — двигатели; 1Л, 2Л, ЗЛ — катушки контакторов пускателей; 1Л1, 1Л2, 1ЛЗ, 2Л1, 2Л2, 2ЛЗ и ЗЛ1, ЗЛ2, ЗЛЗ — линейные контакты пускателей; 1РЦ, 2РЦ, ЗРЦ — центробежные механические реле; 1РТ, 2РТ, ЗРТ — тепловые реле; 1РТ1, 2РТ1, ЗРТ1 — контакты теплового реле без самовозврата; Ц — пусковая кнопка центрального пункта; 1Ст, 2Ст, ЗСт — кнопки «Стопэ у каждого конвейера; 1РЦ1, 2РЦ1, ЗРЦ1 — блок-контакты.
Для остановки конвейера достаточно нажать одну из кнопок 1Ст, 2Ст или ЗСт. Например, при нажатии кнопки 2Ст выключается
двигатель ТИ2- Если снизится скорость вращения его ротора, реле 2РЦ разомкнет блок-контакт 2ЦР1, т. е. выключится двигатель М3. В свою очередь, снижение скорости вращения ротора двигателя М3 приведет к срабатыванию реле ЗРЦ и размыканию блок-контакта ЗРЦ1, т. е. к выключению двигате-
о д
Рис. 127. Схема центробежного реле. ЛЯ Мг.
При пробуксовке барабана одного из конвейеров или обрыве его ленты срабатывает центробежное реле и отключаются все двигатели.
150
В центробежном реле (рис. 127) на оси 4, соединенной с осью натяжного барабана конвейера и вращающейся в шариковых подшипниках, насажен груз 3 в виде кольца. Когда начинает вращаться натяжной барабан, кольцо 3 под действием центробежной силы поворачивается вокруг оси 5. При этом влево перемещается втулка 2, которая, воздействуя на плечо рычагаS, перемещает изоляционный штифт 7 вправо.
После нажатия штифта 7 на контактную пружину 6 последняя мгновенно переходит из положения а в положение б, в результате чего переключается контакт.
С уменьшением скорости вращения барабана конвейера втулка 2 перемещается пружиной /, отводя плечо рычага вправо, а штифт — влево, и контактная пружина 6 возвращается в положение а. Настройка на обороты срабатывания осуществляется изменением натяжения пружины /, отжимающей втулку 2.
Производительность конвейера и мощность двига-Производи-н о с т ь ленточкой ве й е р а
a
и
а=0,393
_____________6 = 0,33 5
Рис. 128. Сечение материала на ленте: а — плоской; б — желобчатой.
теля, т е л ь н о г о определяется площадью сечения груза на ленте F, ля2, его насыпной плотностью у, кг/ля3, и скоростью движения ленты у, м/сек.
На плоской ленте насыпной груз располагается в виде равнобедренного треугольника (рис. 128, а). Чтобы материал не ссыпался через края ленты, основание треугольника принято равным 0,8 В, а угол при основании <рх = 0,35 <р0, где В — ширина ленты, ля; <р0 — угол естественного откоса материала в состоянии покоя. Для приближенных подсчетов фо= 45°, следовательно, <рх= 16°.
Так как на наклонной ленте угол несколько уменьшается, при подсчетах вводят еще поправочный коэффициент с, принимаемый по справочникам в зависимости от угла наклона транспортера.
Площадь сечения материала на плоской ленте
Fx = с = °’85 • = 0,045В2с м2. (220)
На желобчатой ленте площадь сечения материала равна сумме площадей трапеции F2 и треугольника Ft (рис. 128, б). При подсчете площади F2 принимают стандартный угол наклона роликов, равный 20°, а длину нижнего ролика а ~ 0,39 В. Отсюда
F2 = = Мр ^tg20° = °'82g2-°’392g2 tg20° =
₽= 0,045В2 м2. (221)
151
На основании формул (207), (220) и (221) производительность ленточного конвейера с желобчатой лентой составит
П = 3,6 (Fi + F2) и? = 0,16В2с/т (с + 1) т/ц. (222)
В зависимости от угла наклона конвейера 0 принимают следующие значения коэффициентам: при 0 = 0 н- 10° с = 1; при 0 = = 10-15° с = 0,95; при 0 = 15 ч- 20° с = 0,9; при 0 >20° с = 0,85.
Зная производительность П из формулы (222), можно определить ширину ленты В, учитывая кусковатость транспортируемого материала:
при рядовом материале
В > 2DP -|- 0,2 jw;
при сортированном
В > 3,3DC + 0,2 jw.
(223)
(224)
Здесь Dp — размер наибольшего куска, л;
Dc — размер среднего типичного куска, л/.
Чтобы повысить производительность ленточных конвейеров без
Рис. 129. к определению силы тяги W.
изменения ширины ленты и скорости ее движения, увеличивают угол наклона боковых роликов. Во Франции с этой целью применяют борта из волнистой резины.
Производительность конвейера для штучных грузов определяют, исходя из интервала расстояния между грузами /р, сек:
п __ 3600 __ 3600а
“ ‘р ~ 1
шт/ч,
(225)
где v — скорость ленты, м/сек-,
I — расстояние между грузами, м.
Скорость ленты принимают в зависимости от транспортируемого материала. Например, для мелко- и среднекусковых грузов (гравий, песок, щебень) она должна быть на более 2 м/сек, для крупнокусковых — до 1,6 м/сек, сильнопылящих (цемент) — до 1 м/сек, а для штучных (кирпич) — до 0,8 м/сек.
Мощность двигателя ленточного конвейера слагается из мощности, расходуемой на перемещение материала и на холостой ход. Мощность определяется затраченной энергией на пере
152
мещение насыпного груза по прямолинейному наклонному участку (рис. 129):
(226)
где W — требуемая сила тяги, кгс(дан)\ v — скорость движения груза (ленты), м/сек. При движении материала непрерывным потоком
W = ^FL sin 0 + jFL cos кгс (дан), (227)
где F — сечение материала на ленте, м2;
^F — вес груза на 1 м длины ленты, кгс(дан)-, w — общий коэффициент сопротивления движению груза, равный 0,03—0,04 (для роликоопор на шарикоподшипниках).
Так как Lsin 0 = Н, Leos 0 = Lr, а из выражения (207) yF = = gJjU , следовательно, формулу (227) можно записать так:
ПН UlLw
W = 3^ + W кгс (дан>- (228)
Из формул (226) и (228) следует, что
ПН ПЬ_,ш
= 367 367 квт’ (22^
ПЯ *
где 307 — мощность, требуемая для подъема материала на высоту Н непрерывным потоком с интенсивностью П, т/ч\
П£ггв
— мощность, расходуемая на преодоление сопротивления материала перемещению на горизонтальном пути.
Мощность N2 при холостом ходе ленты массой qn, кг/м, и сопротивлении движению wx определяют, исходя из того, что во время движения одной ветви ленты вверх, а другой вниз составляющие их веса ^Lsinp уравновешиваются, а сопротивления движению лент по роликам qnLcos рш складываются. Поэтому
2qnL cos 2q„Lj£FV
N* = 102 = = k^v квТ> <230)
XvX 1UZ
где — коэффициент, зависящий от ширины ленты В, м:
В 0,4 0,5 0,65 0,8 1 1,2
0,012 0,015 0,02 0,024 0,03 0,035
Мощность на валу приводного барабана конвейера при установившемся движении определяют по формуле
Мо = (Л\ + М2) k2 кет, (231)
где k2 — коэффициент, зависящий от длины конвейера L, м’.
L До 15 15—40 Свыше 40
k2 1,25 1.1 1
153
При наличии промежуточной разгрузки материала надо учесть также мощность на преодоление дополнительных сопротивлений, возникающих в процессе работы разгрузчика.
Например, для барабанного разгрузчика, приведенного на рис. 121, б,
N разгр = 0> 27У0 + 0.005П 4- 0,4 кет. (232)
Установочная мощность двигателя
(233)
где k — коэффициент установочной мощности, равный 1,1—1,2;
т) — к.п.д. привода.
Зная мощность N0 + Npa39 можно определить тяговое усилие на барабане
= У^Разг) кгс (дан) (234)
Найдя 1Г0 по формуле (234), подсчитывают натяжение набегающей ветви SHa6, равное максимальному натяжению Smax, и затем по формуле (210) устанавливают требуемое число прокладок к 4 ленте.
Из формул (210), (217) и (234) для начала пробуксовывания ленты после преобразований получим
Рис. 130. К расчету ленточного конвейера.
102е^а (Wo +
--------- разгр . (235)
сгВр(е^а—1) V 7
Натяжение ленты должно обеспечивать, во-первых, ее достаточное тяговое усилие на барабане Г0по трению [формула (217)]и, во-вторых, допустимый провес/max между роликами в месте наименьшего натяжения груженой ветви [формула (214)].
Для проверки натяжения ленты и более точного определения мощности двигателя пользуются методом расчета по контуру. Последовательно обходят контур расчетной схемы (рис. 130) по точкам, намечаемым в местах, где тяговый орган меняет направление, т.е. в точках изгиба ленты. Обход обычно начинают с точки 1 сбегания ленты с приводного барабана.
В основу метода положено условие: натяжение ленты в каждой последующей точке контура равно алгебраической сумме натяжения в предыдущей точке и сопротивления на участке между этими точками.
Пример. У конвейера, схема которого представлена на рис. 130, ширина ленты В = 1м; вес 1 м ленты дл = 18,7 кгс!м; вес вращающейся части ролика
154
рабочей ветви Gp = 33, а холостой — Gx = 17 кге. Расстояние между роликами на рабочей ветви /р = 1,2, а на холостой — /х = 2,4 м.
Производительность конвейера П = 350 т/ч, скорость движения ленты v = 1,5 м/сек, длина транспортирования L = 243 м, угол подъема 0 = 10°. Привод двухбарабанный с а = 450° при р — 0,2 и еиа = 4,84. Обшее сопротивление движению w = 0,03.
Определяем вес вращающейся части роликов, приходящийся на 1 м холостой и рабочей ветвей:
G 33
qp = ~ = pg — 27,5 кге/м (дан/м);
Gx 17
gx = у = 24 = 7,1 кге/м (дан/м).
Нагрузка материала на 1 м ленты
П 350 .
ч==3j“T75=65 кгс1м (дан!м)-
Натяжение тягового органа в точках 1—5 обозначаем соответственно St, S2, S3, S4, и S6, а сопротивления на участках 1—2\2—3;3—4 и 4—5 обозначаем 1^2—3» ^3-4, ^4—5*
Сопротивление холостой ветви конвейера
^1-2 = <hiLw cos ? + 4xLw “ sin р =
= 18,7 • 243 • 0,03 cos 10° + 7,1 • 243.0,03 — 18,7 • 243 sin 10° = =—610 кге (дан).
Сопротивление груженой ветви конвейера
W's-t = (? + <7Л) cos р + qpLw + (<? + qn) L sin р =
= (65 + 18,7) 243 • 0,03 cos 10° + 27,5 • 243 • 0,03 + (65 + 18,7) 243 sin 10° = = 4320 кге (дан).
Сопротивление на головном и хвостовом барабанах принимаем 5% от натяжения набегающей ветви
№2-з = 0,05S2; №4_5 = O,O5S4.
Таблица 5. Данные для проверки натяжения ленты
№ точек Буквенное выражение Выражение через величину Si Числовые значения Пересчет
1 $1 1030
2 «$2 ~ S2 = Si — 610 420
3 S3 = S2 + ir^3= l,05S2 S3= 1,05 (Si —610) = = 1,058! —640 440
4 S4 = *$3 + 1^3—4 S4 = l,05Si — 640 + 4320 = = 1,0581 + 3680 4760
5 S5 = S4 + IF4.6= l,05S4 S6 = 1,05 (1,0581 + 3680) = = l.lSi + 3860 4990
155
Решение сводим в табл. 5. Заполняем первые три графы. Из строки 5
третьей графы записываем 8Ь = 1,1 8Х + 3860. Кроме того, по формуле (215) определяем 86 = 8хеР-а= 4,84 8Х. Решая совместно эти уравнения,находим 8Х= ЮЗО кгс. Затем подсчитываем числовые значения натяжения ленты в других точках контура и вписываем в четвертую графу табл. 5.
Наименьшее натяжение на груженой ветви лента имеет в точке 3 (83 = = 440 кгс). Наименьшее натяжение, допустимое по провесу ленты [формула (214)], Smin = 4((? + 9л)/р = 4(65 + 18,7)1,2 = 400 кгс, или Smln < S3, т.е. данное условие соблюдено. В противном случае следовало бы назначить в точке 3 натяжение, исчисленное по провесу, и выполнить подсчеты обходом контура в обе стороны и заполнить в табл. 5 последнюю графу.
Мощность двигателя
Рис. 131. Эпюра натяжения ленты.
ду 1J (S5 — Sx) р _
102т)
1,1 (4990-1030) 1.5 ол
--------102^8--------Й Л
Вес натяжного груза на натяжном устройстве
G = S2 + 83 = 420 + 440 = 860 кгс.
Эпюра натяжения ленты конвейера показана на рис. 131.
§ 20. Цепные конвейеры
Цепные конвейеры (пластинчатые, лотковые, скребковые, грузоведущие и подвесные) используют на заводах строительных изделий.
Пластинчатые конвейеры по общей схеме напоминают ленточные, но конструктивно сложнее и дороже. Поэтому их применяют,
Рис. 132. Схемы пластинчатых конвейеров:
а — лотковый; б — плоский; в — элемент тяговой цепи.
в
когда ленточные конвейеры не соответствуют условиям работы: при малых радиусах изгиба и больших углах наклона. Часто пластинчатый конвейер применяют в качестве питателя, т.е. для равномерной загрузки других машин.
156
Рис. 133. Узел шарнира пластинчатой втулочнокатковой цепи.
У пластинчатого конвейера (рис. 132) две бесконечные тяговые цепи 6 охватывают приводную 7 и натяжную 3 звездочки. К цепям прикреплены пластины /, образующие настил. Цепи движутся вместе с настилом, опираясь катками 4 на неподвижные направляющие станины 5. Конвейер загружают через одну или несколько воронок 2 в любом месте, а разгружают — через концевые звездочки в разгрузочный лоток 3. Основные параметры пластинчатых конвейеров стандартизированы.
Цепи в пластинчатых конвейерах применяют, как правило, пластинчатые втулочно-катковые и реже втулочно-роликовые.
Во втулочно-катковых цепях (рис. 133) наружные звенья 4 насажены на штырь 3, а внутренние 1 — на втулку 2. Благодаря большой площади соприкосновения втулки со штырем износ даже при интенсивной работе получается небольшим.
Во втулочно-роликовых цепях на штырь насаживается ролик, представляющий собой свободно вращающуюся втулку (нельзя смешивать эти ролики с ходовыми, на которые опирается весь настил).
С целью уменьшения габаритов конвейера для привода тяговых цепей применяют звездочки с малым числом зубьев (6-8).
Настилы (рис. 134) для штучных грузов изготовляют без бортов, для сыпучих материалов—с неподвижными борта
ми, укрепленными непосредственно на раме конвейера (а также в месте загрузки штучных и крупнокусковых грузов), и с подвижными бортами, укрепленными на пластинах настила.
Пластинчатые конвейеры с подвижными бортами называются лотковыми.
В продольном сечении пластины делают плоскими, чешуйчатыми, волнистой и коробчатой формы. Плоский настил применяют при промежуточной разгрузке плужковыми сбрасывателями, настил с волнистым и коробчатым профилями — преимущественно на наклонных конвейерах, угол наклона которых может превышать 30—40°.
При расчете производительности пластинчатых конвейеров с настилом без бортов материал считают расположенным по треугольнику (рис. 134) с углом при основании <рх= 0,4 ср0. При угле естественного откоса груза в покое ср0 = 45° получим = 18°.
Учитывая, что b = 0,85 В, аналогично формуле (220)
F1 = 0,18B2tg?1c jw2. (236)
При настиле с подвижными бортами сечение материала складывается из площадей В2 и В3, т.е.
Рг + Fa = ~ + Bh" = 0,25В2с tg ?1 + В/кр м\ . (237)
157
Здесь с — поправочный коэффициент уменьшения площади на наклонном конвейере, при угле наклона от 10 до 20° равный 0,95, свыше 20° — 0,9;
Л"
ф = -£- — коэффициент наполнения сечения настила по высоте бортов, равный 0,65—0,75.
Производительность конвейера, имеющего настил с подвижными бортами,
П = 3,6 (В2 + F3) vy = 0,9Ву (В ctg ср! + 4Лф) v т/ч, (238)
где — насыпная плотность материала, кг/м*\
v — скорость движения настила (0,2—0,5 м/сек).
з
Рис. 134. Типы настилов пластинчатых конвейеров:
а — плоский; б — чешуйчатый; fe — волнистый; г — коробчатый; д — без бортов; е — с подвижными бортами; ле — с неподвижными бортами; з — сечения материала на ленте.
Такие небольшие скорости обусловлены применением цепей в качестве тягового элемента и стремлением к уменьшению динамических нагрузок, так как цепи движутся неравномерно. Когда настил загружается ровным слоем крупнокускового материала сразу по всей ширине, F2 = 0, а ф = 0,8 ч- 0,85.
В случае применения настила с неподвижными бортами сечение материала принимают по прямоугольнику F3t но борта делают относительно большей высоты (0,5—0,6 В). Ширина настила В должна соответствовать размерам кусков груза. При проверке В можно
158
пользоваться формулами (223) и (224), но при рядовом материале следует принимать 1,7 Dp вместо 2DP, а при сортированном — 2,7 Dc вместо 3,3 Dc.
Мощность двигателя и усилия в цепях пластинчатого конвейера определяют методом обхода по контуру, предварительно подсчитав вес материала на 1 м длины конвейера по формуле
q — i- кгс/м (дан/м) (239)
и вес 1 м настила q0 по эмпирической формуле, приводимой в справочниках, и задавшись величиной минимального натяжения тягового органа порядка 200—300 кгс(дан).
Рис. 135. К расчету пластинчатого конвейера: о — определение тягового усилия; б — то же, скорости шарнира и цепи; в — то же, скорости и ускорения тяговой цепи.
Для схемы, приведенной на рис. 135, а, минимальное натяжение будет в точке 2. Затем подсчитывают натяжение в точке /, отнимая величину сопротивления W\_2 на прямолинейном участке 1 —2:
Si — S2 — W\_2 кгс (дан). (240)
Сопротивление на участке 1—2 складывается из трения скольжения в цапфах поддерживающих роликов, трения качения роликов по направляющим и отрицательной величины составляющей веса ленты. Для данной схемы меньше 1 (если sin0 > u»cos 0), т.е.
^1-2 = (w cos p — sin p) кгс (дан), (241)
где w — коэффициент сопротивления, равный 0,1—0,12.
Натяжение в точке 3 с учетом потерь на звездочке натяжного устройства
S3 = s2 + Г2_я кгс (дан), (242)
где №2_3 ~ 0,lS2.
Отсюда
S3 = 1,132кгс (дан). (243)
Натяжение в точке 4
S4 = S3 4- — 1,1S2 + (q + qp) L (wcos p + sin p) кгс (дан). (244)
159
Окружное усилие на зубьях приводной звездочки
р = S4 — Sj кге (дан). (245)
Установочная мощность двигателя
" " w <246>
гдет] — к.п.д. механизма привода.
Для уменьшения по высоте габаритов пластинчатого конвейера при большом шаге цепи используют приводные звездочки с малым числом зубьев. В результате цепь ложится не по окружности постоянного радиуса, а по сторонам многоугольника, что приводит к неравномерности ее движения и возникновению динамических усилий. Поэтому при подборе цепей следует учитывать как максимальное статическое усилие (в данной схеме S4), так и динамические нагрузки.
Линейная скорость шарнира цепи, расположенного на начальной окружности ведущей звездочки, равна произведению постоянной угловой скорости вращения этой звездочки <о на радиус начальной окружности R (рис. 135, б), т.е.
= mR = const. (247)
Примем, что цепь при набегании на приводную звездочку остается все время параллельной сама себе. Тогда линейная скорость v в точке набегания в некоторый момент t равна проекции линейной скорости шарнира на направление движения цепи:
v ~ (о7? cos ср м/сек. (248)
где ср = со/ — угловое перемещение шарнира.
Дифференцированием скорости v по времени находят ускорение движения цепи
j = —со2/? sin (tit м/сек2. (249)
Когда, как обычно, число граней Z ведущей звездочки четное, закон движения цепи в точке сбегания с ведущей звездочки также подчиняется зависимостям (248) и (249). Выбирая начало отсчета времени в момент захвата звездочкой нового шарнира ( в момент начала зацепления), вместо выражения (249) получим
j = о2/? sin о) (т — t) м/сек2. (250)
где т = — полупериод зацепления, т.е. время поворота звез-
«о
дочки на угол ср — у , сек;
а0 — центральный угол, соответствующий звену цепи (рис. 135, б).
Диаграмма изменения ускорения цепи в точках набегания на ведущую звездочку и сбегания с нее представлена на рис. 135, в. В промежутке времени от t = 0 до t — т цепь движется ускоренно. В момент t — т ускорение цепи равно нулю. Дальше, вплоть до t = — 2т, цепь движется замедленно.
160
В момент t = 2т ускорение мгновенно возрастает от величины /min =s "-ш2/^ sin СОТ (251)
до величины
/max = ш2/? sin ШТ, (252)
а затем процесс возобновляется (начинается следующий период зацепления). Поскольку
sin шт = sin у — , (253)
где а — шаг цепи, равный стороне звездочки,
где п — число оборотов ведущей звездочки в минуту, равное , то из выражений (252—254) после преобразований получаем
/max = M1CeKi- (255)
Из уравнения (255) следует, что величина максимального ускорения /max, а следовательно, и величина динамического усилия, увеличивается пропорционально квадрату скорости о2 и уменьшается с увеличением числа зубьев Z и диаметра звездочки (периметра Za).
Для подсчета максимальной динамической нагрузки надо учитывать, что в конце каждого периода и в начальный момент следующего периода (когда зуб входит в зацепление со следующим шарниром цепи) ускорение мгновенно возрастает от минус /m.iX до плюс /min. Поэтому динамическое усилие равно 2 /п/тах. Так как эта сила прикладывается мгновенно, расчетное динамическое усилие будет 4 /п/max. Однако здесь действует и сила инерции минус /п/тах, направленная в сторону движения и имеющая отрицательный знак.
Следовательно, максимальная динамическая нагрузка
S дин — З/П/тах- (256)
Приведенная масса т движущихся частей конвейера
m = + t (257)
где с — так называемый коэффициент участия, равный для пластинчатого конвейера 0,8—0,9.
Из формулы (257) следует, что динамические усилия также увеличиваются с увеличением длины конвейера L, веса материала q и настила </*.
* В приведенном подсчете тяговый орган рассматривается как абсолютно твердое тело. Расчеты с учетом собственных колебаний тягового органа см. в кн.: Н. С. Поляков и И. Г. Штокман. Основы теории и расчеты рудничных транспортных установок, М,, Госгортехиздат, 1962,
6 5-291
161
Скребковый конвейер (рис. 136) состоит из открытого желоба 4» укрепленного на станине. Вдоль желоба движется тяговый орган — цепи 1 с укрепленными на них скребками 2. Цепи огибают приводные 5 и натяжные 3 звездочки.
В любом месте по длине конвейера в желоб засыпают транспортируемый материал, и он проталкивается скребками с небольшой скоростью 0,1—0,5 м/сек. Разгружать конвейер можно тоже в любом месте через отверстия в дне желоба, которые перекрываются задвижками или затворами. Рабочей ветвью может быть как нижняя, так и верхняя, а в отдельных случаях при транспортировании грузов в разные стороны — обе ветви одновременно.
По сравнению с пластинчатыми конвейерами скребковые имеют ряд недостатков: они крошат и размельчают материал, желоб и хо-
Рис. 136. Скребковый конвейер.
довая часть их быстро изнашиваются и увеличивается расход энергии. Поэтому их применяют главным образом, когда надо распределить материал между несколькими пунктами; в этих случаях длина конвейеров не превышает 50—60 м, а производительность достигает 100—150 т/ц.
Для расчета производительности скребкового конвейера нужно определить площадь поперечного сечения материала в желобе по формуле
? = Bhtyc м2. (258)
Здесь В и h — рабочие ширина и высота желоба, м\
ф — коэффициент наполнения желоба, равный для сыпучих материалов 0,5—0,6;
с — поправочный коэффициент, учитывающий уменьшение объема материала перед скребком с увеличением угла наклона. Например, для сухого материала при угле наклона 10° с = 0,85, для 30° с = 0,5, а для влажного — при тех же углах наклона с = 1 и 0,75.
Грузоведущий конвейер перемещает штучные грузы на тележках или на собственном колесном ходу с помощью насаженных на цепь кулаков, штырей, тяг, крюков и т. д.
162
Тяговым органом грузоведущего конвейера (рис. 137) является цепь 5, огибающая приводную 1 и натяжную 6 звездочки и обычно движущаяся на ходовых катках по направляющим рельсам S. Транспортируемый груз перемещается на тележке 3 по путям 7, проложенным непосредственно на полу цеха.
Тяговая цепь конвейера оснащена специальными кулачками 4, которые упираются в захваты 2 тележек 3 и перемещают их по путям. Захваты имеют одностороннее шарнирное крепление к раме тележки с упором в сторону движения, что позволяет свободно подкатывать тележки к месту захватывания их конвейером.
Рис. 137. Схема грузоведущего конвейера.
Разновидностью грузоведущего конвейера является ш т а н г о-в ы й, имеющий возвратно-поступательное движение. Тяговый элемент его на рабочей ветви (рис. 138) состоит из нескольких соединенных между собой штанг 3 с закрепленными по концам отрезками цепи (или каната) 2, огибающим приводную 1 и натяжную / звездочки. На обратной ветви тяговым элементом служит тяга 8 из круглого стального прута или стального каната. Штанги имеют опорные катки 5 и кулачки 6, которые перемещают тележки 4 с грузом по рельсовым путям.
Рис. 138. Схема штангового конвейера.
При включении электродвигателя привода отрезки цепи со штангами приходят в движение и передвигают тележки вперед на один шаг. Затем автоматическим переключателем вращение электродвигателя реверсируется, и штанги (без грузов) возвращаются в исходное положение.
Штанговые конвейеры значительно экономичнее обычных грузоведущих, так как тяжелая дорогостоящая цепь в них заменена более легкими тягами. Такие машины применяют в формовочных цехах заводов железобетонных изделий при конвейерной схеме производства.
Подвесные конвейеры используют в поточном производстве на сложных трассах заводов строительной индустрии. Замкнутая цепь
6* 163
6 (рис. 139) с прикрепленными к ней каретками 5 движется по замкнутому подвесному пути (рельсу) 7; каретки несут подвески (люльки) 2 с штучными грузами 5; рельс 7 подвешен к элементам здания или смонтирован на отдельных опорных конструкциях.
Движение цепи, натянутой устройством 9, сообщается от привода 4. Повороты цепи в горизонтальной плоскости осуществляются через звездочки 3, а в вертикальной — при помощи перегибов / направляющего рельса 7.
Производительность грузоведущих и подвесных конвейеров определяют по формуле (225), скорость их принимают в соответствии
Рис. 139. Подвесной конвейер.
с ритмом обслуживаемых производственных операций: не более 0,2 м/сек для грузоведущих и не более 0,5 м/сек для подвесных.
Тяговый расчет скребковых, грузоведущих и подвесных конвейеров производят так же, как и пластинчатых, т. е. методом обхода по контуру.
§ 21. Ковшовые конвейеры
Ковшовые конвейеры используют для перемещения сыпучих и кусковых материалов в вертикальном или близком к вертикальному направлениях. К достоинствам этих конвейеров относятся малые габариты поперечного сечения, возможность подачи груза на высоту до 30—50 м и большой диапазон производительности (5—140 м3/ч и более). Недостатком их является чувствительность к перегрузке и необходимость равномерной подачи груза.
Основные параметры этих конвейеров стандартизованы.
164
Ковшовый конвейер (рис. 140) состоит из приводных 1 и натяжных 2 звездочек (барабанов), тягового органа 3 (втулочной и втулочно-роликовой цепи или ленты) и ковшей 4. Нижняя часть с натяжным устройством называется башмаком, а верхняя, с приводным устройством,— головкой. Конвейер заключен в металлический
кожух.
Надежность работы конвейера в значительной степени зависит
от выбранного способа загрузки, разгрузки и формы ковшей. Пылевидные и мелкокусковые материалы набираются ковшами из баш-
мака, а крупнокусковые, особенно остроугольной формы, надо подавать непосредственно в движущийся ковш, а не в башмак, так как вследствие больших сопротивлений при зачерпывании груза возможен отрыв ковша и даже тягового органа. Такая загрузка возможна только при непрерывно сомкнутом расположении ковшей, благодаря чему материал не рассыпается, и пониженных скоростях их движения (не более 1 м/сек}, поскольку при увеличении скорости ковши плохо заполняются и отбрасывают материал.
Разгрузка ковшей бывает центробежной, самотечной свободной и самотечной направленной (рис. 141).
Центробежную разгрузку быстроходных ковшовых конвейеров с расставленными на определенном расстоянии один от другого ковшами применяют при транспортировании легкосыпучих пылевидных и мелкокусковых материалов. Расстояние между ковшами должно быть таким, чтобы
Рис. 140. Ковшовый цепной конвейер*
выброшенные из очередного ковша частицы материала не попадали на впереди идущий ковш.
Самотечная свободная разгрузка характеризуется дополнительным отклонением ковша, обеспечивающим свободное высыпание груза. Этот вид разгрузки используют для слеживающихся пылевид-
ных, влажных и мокрых материалов.
Самотечная направленная разгрузка возможна при сомкнутом расположении ковшей. При огибании верхнего барабана (звездочки) материал сначала высыпается под действием веса на заднюю стенку предыдущего ковша, затем боковыми бортами направляется в разгрузочный патрубок конвейера. Этот вид разгрузки предназначен для крупнокускового материала.
Ковши конвейера бывают трех типов — глубокие и мелкие с цилиндрическим днищем и остроугольные с бортовыми направляющими (рис. 142). Выбор формы ковшей, как и способа их загрузки и разгрузки, зависит от свойств транспортируемого материала.
165
Для сухих и хорошо высыпающихся материалов применяют глубокие ковши, для влажных и слеживающихся — мелкие, для кусковых — остроугольные, имеющие боковую направляющую стенку и располагаемые впритык в отличие от первых двух типов, которые монтируют с отступом один от другого.
Рис. 141. Схемы загрузки и разгрузки ковшовых конвейеров:
а — загрузка из башмака, разгрузка центробежная; б — загрузка из башмака,> разгрузка самотечная свободная; в — загрузка непосредственно в ковш, разгрузка самотечная направленная; / — башмак; 2 — ковши.
Приводное устройство ковшового конвейера, как правило, — редукторное и размещается в верхней его части. Привод снабжен стопорным устройством — остановом, чтобы не было самопроизвольного обратного движения.
Рис. 142. Типы ковшей и их крепление к тяговому органу:
а — глубокий; б — мелкий; в — остроугольный; г — крепление к цепи; д — крепление к ленте.
Производительность ковшового конвейера определяют по формуле (208), в которой порция материала
Я = W м3’ (259>
где 10 — емкость ковша, л;
ф — коэффициент его наполнения, равный 0,60—0,85.
166
Отношение , называемое линейной емкостью ковшей, стандартизовано.
Выбранный ковш проверяют на соответствие наибольшему размеру кусков по формуле
А^- (260)
где А — вылет ковша (см. рис. 142);
т — коэффициент, равный 2 ~ 2,5 при содержании 10 25%
и 4,25 4,75 при 50 — 100% кусков размером dmax.
Мощность вертикального ковшового конвейера слагается из таких составляющих:
1) мощности, требуемой для подъема груза [аналогично формуле (226)1
= й?
2) запаса мощности в связи с превышением расчетного наполнения ковша, равного примерно 0,15 N^вт;,
3) мощности для преодоления сопротивления движению и перегибов тягового элемента с ковшами на нижнем и верхних барабанах (звездочках), включая сопротивление зачерпыванию материала
~ 367
где k — эмпирический коэффициент, зависящий от типов конвейера и ковшей и от производительности конвейера.
Установочная мощность двигателя вертикального конвейера
в т 1, 15Л/ -j 4- N п ri7//firi#.\ /о/? 1 \
N —------* 2 — jo? (1,15 4- kv) квт. (261)
Тяговый расчет ковшовых конвейеров производят методом обхода по контуру: когда тяговым органом является лента — так же, как для ленточных конвейеров, при цепях — как для пластинчатых.
§ 22. Роликовые конвейеры
Основной частью роликовых конвейеров (рольгангов) являются ролики, чаще всего из стальных труб, монтируемых на раме в подшипниках качения. По роликам перемещаются штучные грузы, например железобетонные изделия.
По способу действия роликовые конвейеры бывают неприводные (рис. 143) и приводные. На первых грузы перемещаются обычно под действием составляющей силы тяжести, так как ролики имеют небольшой наклон, а на вторых ролики приводятся во вращение от двигателя и трением сообщают движение катящимся по ним грузам.
167
Полное сопротивление движению W груза весом G по горизонтальному неприводному роликовому конвей е-р у включает такие составляющие:
I) сопротивление движению груза по роликам
W! = G + f ) кгв (дан), (262)
где К — плечо трения качения груза по роликам, см;
D — диаметр ролика, см;
f — коэффициент трения в цапфе;
d — диаметр цапфы оси ролика, см;
Рис 143. Неприводной роликовый конвейер.
2) сопротивление трению в цапфах роликов при их вращении №2 = pz'f кгс (дан), (263)
где р — вес одного ролика, кгс\
г' — число роликов, на которых лежит груз;
3) сопротивление, возникающее при сообщении роликам замедления и ускорения.
По закону кинетической энергии работа ролика в период ускорения и замедления
2A = 2k^ = кгс - м (дан • м), (264)
где k — коэффициент, значение которого меньше единицы, так как вся масса вращающейся части ролика расположена на его окружности (k 0,8—0,9);
g — ускорение силы тяжести.
Поскольку путь перемещения груза равен длине конвейера L, м, третья составляющая полного сопротивления
Гя = = kpкгс (дан), (265)
где Z — число всех роликов на конвейере.
168
Зная величину W = W\ + 1Г2 + 1Г3, нетрудно определить и основное удельное сопротивление движению груза
w = ~ . (266)
Условие движения груза самокатом на наклонной плоскости:
G sin р > G cos {to.
Отсюда для роликового гравитационного конвейера, т. е. конвейера, использующего для движения составляющую веса, tg (3 > w.
У приводных конвейеров на осях роликов насажены звездочки, которые вращает двигатель с помощью цепи. Если конвейер установлен горизонтально, полная сила сопротивления движению при числе грузов, находящихся на конвейере, Zo и весе каждого груза G слагается из двух составляющих:
1) сопротивления движению всех грузов по роликам
Г; = GZ0 (^ + / -5-) ™ (дан)-, (267)
2) сопротивления трению в цапфах роликов при их вращении
= pZf-±- кгс (дан), (268)
где Z — число всех роликов на конвейере (ролики вращаются все — независимо от того, находится на них в данный момент груз или нет).
Мощность двигателя приводного горизонтального конвейера
N = квт- (269)
Здесь v — скорость движения груза, м/сек;
т] — к.п.д. приводного механизма.
Число грузов, находящихся на конвейере, Zo определяют, исходя из того, какое их количество Z, надо доставлять в час.
Если длина конвейера L, то интервал между грузами должен быть
. 3600 / О7/ъ
t = -у- сек, (270)
а продолжительность движения груза по конвейеру
Т = -£- сек. (271)
Следовательно,
'Г Z L
<272>
169
§ 23. Винтовые конвейеры
Винтовые конвейеры предназначены для транспортирования пылевидных и зернистых материалов (цемент, гипс, песок и т. п.), а также для использования в качестве питателей.
Рис. 144. Винтовой конвейер:
а—схема конвейера; б — винты (сверху вниз): сплошной, ленточный, фасонный и лопастный.
К достоинствам винтовых конвейеров относятся простота конструкции и несложность ухода за ними, небольшие размеры в поперечном сечении, удобство промежуточной разгрузки и возможность полной герметизации, что особенно важно для пылящих грузов. Однако значительное трение материала о винт и желоб приводит к сильному износу конвейера, а также к измельчению транспортируемого материала и высокому удельному расходу энергии. Поэтому винтовые конвейеры применяют в тех случаях, когда производи-170
тельность не превышает 100 м3!ч, а расстояние, на которое транспортируется груз, равно 30—40 м.
Винтовой конвейер (рис. 144) состоит из желоба 5, приводного вала 4 с укрепленным на нем транспортирующим винтом 3, промежуточных подшипников 2, упорного подшипника 6, загрузочной воронки /, разгрузочного люка 7 с задвижками и привода.
Лопасти, вращаясь, продвигают материал вдоль оси желоба. Сам материал при этом не вращается, так как этому препятствуют его вес и трение о желоб.
В зависимости от перемещаемого материала применяют винтовые конвейеры различных конструкций (рис. 144, б). Сыпучие материа-
Рис. 145. К расчету винтового конвейера: а — схема желоба; б — схема наклонного винтового конвейера.
лы (цемент, мел, гранулированный шлак, сухой песок) транспортируют сплошным винтом при коэффициенте наполнения желоба ф = = 0,3 -г- 0,45 и числе оборотов винта п = 50 -ь 120 об/мин. Мелкокусковые материалы (гравий, шлак негранулированный) перемещают ленточным винтом при ф = 0,25 -ь 0,4 и п = 40 -ь 100 об/мин. Тестообразные и мокрые материалы (мокрая глина, строительные растворы) транспортируют лопастным или фасонным винтом (при ф = 0,15 -j- 0,3 и п = 30 -г- 60 об/мин).
Коэффициент наполнения желоба принимают относительно небольшим во избежание скопления материала у промежуточных подшипников.
Производительность винтового конвейера определяют по формуле (207), в которой средняя площадь сечения материала в желобе (рис. 145)
F = фс м2, (273)
а поступательная скорость движения материала
v = м/сек. (274)
171
Коэффициент с, учитывающий уменьшение наполнения желоба с увеличением угла наклона конвейера р, имеет следующие значения:
р, град ... О 5 10 15 20
с ....... 1 0,9 0,8 0,7 0,65
Существенное уменьшение коэффициента с при увеличении угла р в основном объясняется наличием промежуточных подшипников.
Шаг винта S для обычных условий работы равен диаметру винта D, для трудно перемещаемых материалов — 0,80. Если материал — сортированный кусковой, диаметр винта должен быть в 12 раз больше среднего куска, а при рядовом материале — в 4 раза больше максимального.
Требуемая мощность на валу винтового конвейера включает:
1) мощность, требуемую для подъема груза на высоту //, м\
2) мощность для преодоления трения материала о желоб и поверхность винта, добавочных сопротивлений материала у промежуточных подшипников и т. п.
Таким образом, установочная мощность двигателя винтового конвейера при установившемся движении
N=^(H + Lrw)KeT, (275)
где Lr— горизонтальная проекция пути перемещения, м;
w — общий коэффициент сопротивления, равный (для цемента, извести, песка, гипса) 4.
§ 24. Вибрационные конвейеры
В отличие от конвейеров с тяговым органом вибрационные конвейеры имеют электромагнитный вибратор или механический привод.
Конвейер с вибратором (рис. 146)устроен так.Транспортирующая труба 2 подвешена на пружинах 1 и связана с колеблющимися частями вибраторов. Вибраторы 4 подвесками 3 связаны с трубой. Вибратор состоит из двух частей: якоря 5 электромагнита и массивного корпуса 7 с катушками 6. Корпус висит на подвеске 5, а якорь прикреплен к трубе фланцем 9. Обе части вибратора, т. е. якорь и корпус, связаны набором плоских пружин (рессор) 8. Питание катушек электромагнита производится с помощью выпрямительного устройства. Переменный ток выпрямляется селеновыми столбиками. Когда ток проходит через катушки электромагнита, они попеременно притягивают и отпускают якорь 5, который начинает колебаться с частотой, равной частоте тока. С этой же частотой колеблется и труба вибрационного конвейера. Так как направления перемещения вибратора и трубы не совпадают (они находятся под углом а), частицы материала встряхиваются и перемещаются вперед. Амплитуда колебаний, создаваемых вибрато
172
ром, невелика (для загруженного конвейера она равна 0,5—1,5 лш), но значительная их частота — 50 гц (3000 кол!мин) обеспечивает достаточно большую производительность.
При механическом приводе колебательные движения трубе сообщаются кривошипом или эксцентриком. Распрост-
ранение получила система с двумя эксцентриками, вращающимися в противоположные стороны. Конвейер с таким приводом (рис. 147) состоит из двух труб /, соединенных листовыми пружинами 2. Эксцентриковый при
ВидА
8 7 6 5
Рис. 146. Вибрационный конвейер с электромагнитным вибратором.
вод 3 приводит в колебание трубы в противоположных направ лениях — навстречу одна другой. В результате силы инерции ко леблющихся масс уравновешиваются и фундаменты 4 освобож
даются от вибрационных нагрузок.
Такие конвейеры выпускают длиной до 80 м на один привод при производительности до 250 т/ч. Угол наклона конвейера возможен до 20°.
Производительность вибрационного конвейера, как и остальных машин непрерывного действия, определяют по формуле (207).
Скорость перемещения материала v по трубе, если считать,
Рис. 147. Двухтрубный вибрационный конвейер с эксцентриковым при-
водом.
что материал после «прыжка»
успевает упасть на исходную
поверхность и что режим работы близок к резонансному, т. е. частота собственных колебаний системы почти равна вынужденным колебаниям*,
и = с tg а м/сек,
(276)
* Подробнее см. кн.: А. А. В а й н с о н.Подъемно-транспортные машины. М., Госстройиздат, 1959.
173
где g — ускорение силы тяжести, м/сек2\
W — частота вынужденных колебаний, гц;
а — угол перемещения материала, град.
Нетрудно определить площадь сечения материала F в трубе, если принять, что она заполнена на 25%:
Р = (277)
где D — диаметр трубы вибратора, м.
Таким образом, если принять частоту вынужденных колебаний
io = 50 — и а — 20° (т. е. и0,27 м/сек), производительность сек,
вибрационного конвейера
П = 3,6Rjt = 0,2D2T т/ц, (278)
где у — насыпная плотность материала, кг/м3.
Требуемую мощность вибратора определяют по формуле (229).
Мощность для перемещения материала
пн пьгш mrtgB пьгш
367 + 367 367 + 367 КвТ' (27У)
где w — общий коэффициент сопротивления движению материала, принимаемый приблизительно 0,35 4- 0,75;
tgP — условный подъем, по которому перемещается материал, если затраченная энергия при полете не аккумулируется, а распыляется. Когда значения а невелики, можно принимать Р = 0,25 а.
Мощность, расходуемая на холостом ходу, по формуле (230)
= 102 = 102 Квт' (280)
Здесь 2qxLr — вес ленты конвейера, который можно заменить весом качающихся частей вибрационного конвейера GK, кгс.
wx — коэффициент сопротивления движению, равный 0,075 4- 0,125.
§ 25. Эксплуатация конвейеров
Стационарные машины непрерывного транспорта доставляют на завод в виде отдельных мелких узлов. Основная задача монтажа этих машин заключается в правильной увязке узлов одного с другим, со строительной конструкцией и во взаимной увязке смежных машин.
Перед тем как приступить к монтажу любой машины непрерывного транспорта, проверяют высоту для самотечной загрузки и разгрузки материала. После этого фиксируют осевую линию.
174
При монтаже ленточного конвейера, придерживаясь установленной оси, располагают станину, приводную и натяжную станции. Правильность расположения барабанов проверяют по струне, натянутой вдоль оси конвейера. Ролики устанавливают по шаблону, на них укладывают ленту, концы которой соединяют так, как показано на рис. 113. Перед склеиванием ленту подвергают растяжению, чтобы уменьшить ее вытягивание во время работы. Привод монтируют после окончательной установки приводного барабана. В процессе монтажа грузовой станции следует центрировать усилие, действующее от каната груза на натяжную тележку.
При монтаже ковшовых конвейеров, пользуясь отвесами, размечают взаимное положение головки и башмака. После их установки монтируют промежуточную часть конвейера. Если конвейер установлен отдельно от строительной конструкции и головка опирается на кожух, конвейер монтируют методом надстройки. Иногда, при достаточной жесткости кожуха, конвейеры собирают в горизонтальном положении, а затем поворачивают. Перед установкой ленту вытягивают под действием груза, примерно равного суммарному весу ленты, ковшей и груза рабочей ветви, и держат так в течение 8—10 суток.
Пробный пуск конвейеров производят без загрузки. Если при этом не обнаружится каких-либо недостатков, следует проверить правильность работы всех частей машины.
Для обеспечения нормальной работы ленточных конвейеров надо соблюдать такие правила: вести наблюдение за работой ролико-опор, периодически смазывать их подшипники, неисправные и не-вращающиеся ролики немедленно заменять; систематически регулировать движение ленты и не допускать ее смещения в сторону; постоянно наблюдать за работой натяжных устройств, очищать направляющие подвижные подшипники натяжных барабанов; регулярно осматривать загрузочные воронки, разгрузочные и очищающие устройства.
Правилами техники безопасности запрещено останавливать ленточные конвейеры до их полного опорожнения (за исключением аварийных случаев), очищать и ремонтировать их во время движения, запускать без предварительного сигнала, предотвращать сбегание ленты на сторону установкой упоров и устранять буксование ленты на приводном барабане подсыпанием канифоли, песка и пр.
Перемещать передвижные конвейеры следует под руководством производителя работ или мастера.
Аналогичные требования предъявляются к эксплуатации и других конвейеров.
Организация ППР конвейеров так же, как и кранов, включает техническое обслуживание (ТО), текущий (Т) и капитальный (К) ремонты. Подробно об этом см. § 17.
175
§ 26. Гравитационные устройства, бункеры, затворы и питатели
Из гравитационных установок на заводах строительных изделий находят применение затворы и питатели, спускные трубы и спускные лотки. Первые предназначаются для транспортирования любых материалов, кроме абразивных, вторые — для пылящих материалов.
При использовании поворотной спускной трубы (рис. 148, а) подаваемый материал распределяется по окружности, а при поворотной составной (рис. 148, б) из двух труб с шарниром — подается в любую точку кольцевой поверхности. Наименьший радиус этой поверхности равен разности радиусов труб, а наибольший — их сумме.
Рис. 148. Схемы спускных труб:
а — поворотной; б — поворотной составной.
Спускные лотки изготовляют в виде наклонных желобов с поперечным сечением прямоугольной или закругленной формы. Угол их наклона должен обеспечивать движение груза вниз с определенной, заранее известной скоростью. Если угол будет малым, материал будет застревать в лотке, а при слишком большом угле — перемещаться с чрезмерной скоростью, что может привести к его порче.
Представим себе, что груз весом G скользит с коэффициентом трения / по наклонному лотку длиной Z, высотой Л, под углом наклона
При этом начальная скорость груза vH и конечная vK.
Тогда работа груза будет затрачиваться на трение и на приращение кинетической энергии
Gh = Gf cosр • I + . (281)
Отсюда после преобразований
2. (282)
2gA + % - vK
176
Зная начальную скорость и задавшись конечной (обычно не больше 1,5—2 м/сек), определяют требуемый угол наклона (3. При vK == = ин, т.е. равномерном движении, tg|3 f.
Бункеры — устройства в виде больших сосудов — применяют для промежуточного накапливания насыпных материалов. Наиболее распространены бункеры пирамидальной и конической формы и сочетания призмы с пирамидой и цилиндра с конусом.
При истечении насыпного материала, как правило, на его свободной поверхности образуется воронка (рис. 149). Чем шире отверстие этой воронки, тем больше скорость истечения. Это объясняется тем, что столб движущихся частиц материала (рис. 150) испытывает сопротивление неподвижных частиц, а
Рис. 150. Выход материала из отверстия бункера.
n(D — a')2 «’ - 4
Рис. 149. Образование верхней воронки при истечении материала из бункера. чем больше периметр отверстия по сравнению с площадью воронки, тем меньше сила сопротивления, отнесенная к массе вытекающего материала.
В расчетах условно принимают, что размер отверстия истечения и) уменьшается на величину выступающего типичного куска а'.
Для круглого отверстия
(283)
где D — диаметр отверстия бункера.
Для квадратного отверстия
о) = (Л-^')2, (284)
где А — размер стороны отверстия.
Во время проектирования бункеров особое внимание обращают на то, чтобы предотвратить образование свода материалов над выпускным отверстием, так как это уменьшает эксплуатационную надежность бункеров.
Для измерения уровня сыпучих материалов в бункерах служат специальные указатели.
*/4 7 Я-991
177
Мембранный указатель уровня изображен на рис. 151. Корпус его состоит из обечайки 1 (открытого с торцов барабана) и задней стенки 2 со втулкой в центре, через которую проходит шток 4, связанный с диском 3, перекрывающим круглое отверстие в обечайке. Обечайка и диск прикрыты со стороны, обращенной к грузу, резиновой диафрагмой. Шток упирается одним концом в кнопку микропереключателя 6. Пружина 5 служит для регулирования зазора в месте контакта штока с этой кнопкой.
Мембранный указатель может служить для контроля наиниз-шего Н и наивысшего В допустимых уровней материала в бункере (рис. 152). При опускании уровня груза в бункере ниже датчика Н
Рис. 151. Мембранный указатель уровня материала в бункере.
Рис. 152. Схема установки указателей уровня.
цепь тока в сети двигателя Дг питателя прерывается и разгрузка бункера прекращается. Когда поверхность насыпного груза находится выше уровня датчика В, срабатывает микропереключатель и двигатель Д2» приводящий в действие загрузочные устройства, останавливается.
Мембранные датчики используют главным образом при транспортировании сыпучих и жидких грузов (бетонная смесь). Кусковые грузы могут повредить резиновую мембрану, а грузы плохо сыпучие имеют неровный уровень и своды, что приводит к неправильным показателям датчика.
Широко применяются радиоактивные указатели, непрерывно измеряющие уровень материала, просвечивая его у-лучами. В зависимости от этого уровня интенсивность у-лучей изменяется, что фиксируется приемником. Источник и приемник обычно расположены на горизонтальной оси по обе стороны бункера. Указатели уровня, установленные вдоль бункера (по позициям), в сочетании с другими приборами позволяют автоматически регулировать технологический процесс.
Позиционные радиоактивные уровнемеры работают следующим образом (рис. 153). Приемники ПИ и источники И у-лучей укрепля
178
ют на противоположных стенках бункера. При пересечении пучка у-лучей сыпучим, кусковым или жидким веществом выходные реле Р, включенные после каждого из четырех приемников, подают на пульт диспетчера сигнал. Одновременно включаются соответствующие лампочки Л на световом таб-
ло бункеров. При опускании материала ниже контролируемого уровня интенсивность радиоактивного излучения в приемнике резко увеличивается, и полученный сигнал используют, чтобы регулировать подачу материала.
Затворы используют для открывания и закрывания выпускных отверстий бункеров, а в неко-
Рис. 153. Схема контроля уровня материала в бункере.
торых случаях и для регулирования выпускаемых через них струй материала. По принципу действия бункерные затворы можно разделить на три группы: плоские, лотковые (клапанные) и сек-
торные.
Плоские затворы — наиболее простые (рис. 154, а, б) — это задвижки, скользящие в пазах при открывании и закрывании отверстий и приводимые в действие ручным реечным или рычажным механизмом. Конструкция их проста и компактна, но имеет существенный недостаток: ими трудно маневрировать вследствие значительного сопротивления в пазах и возможности защемления кусков груза при закрывании. Такие затворы применяют в основном для мелкокусковых легкосыпучих грузов.
8/4 7*
179
Гусеничный затвор (рис. 154, в) является разновидностью плоских затворов. Он состоит из бесконечной конвейерной прорезиненной ленты, неподвижно укрепленной с одной стороны у кромки выпускного отверстия (точка Л), и подвижной рамы с двумя барабанами малого диаметра и опорными роликами. При передвижении рамы в ту или другую сторону лента, перекатываясь по роликам, открывает или перекрывает отверстие, причем без трения скольжения ее по грузу.
Лотковый затвор (рис. 154, г) представляет собой шарнирно укрепленный под выпускным отверстием лоток, направляющий в опущенном положении выходящую из выпускного отверстия струю груза, а в приподнятом — создающий ему подпор. Лотковые затворы допускают регулирование струи груза и не защемляют кусков. Недостаток их — большая высота.
Секторные затворы (рис. 154, д — и) имеют цилиндрическую поверхность и поворачиваются при открывании или закрывании выпускных отверстий вокруг горизонтальной оси. В отличие от плоских затворов у секторных нет сопротивления от трения в пазах, а сопротивление от трения в цапфах оси незначительно, благодаря чему маневрировать ими значительно легче. Для горизонтальных отверстий затворы выполняют односекторными и двухсекторными (челюстными). При установке на наклонном желобе затворы открываются вверх или вниз. Затвор первого типа (рис. 154, ж) допускает при неполном открывании регулирование движущейся по дну желоба струи груза, но при закрывании затвора возможно защемление кусков под кромкой сектора. Затвор второго типа (рис. 154, з) подпирает груз без защемления кусков, но не может регулировать струю, так как при неполном открывании образует порог.
Для крупнокусковых грузов пригоден сдвоенный секторный затвор (рис. 154, и), который не защемляет кусков и допускает регулирование струи. При открывании затвора опускается полностью нижний сектор, и струя регулируется верхним; при закрывании опускается (неполностью) верхний сектор и поднимается нижний, образующий подпор и препятствующий дальнейшему истечению груза через выпускное отверстие.
Давление материала на затвор зависит от его текучести (т.е. от угла естественного откоса), коэффициента трения о стенки, а также от формы и размеров бункеров. Для неглубоких воронок считают, что на плоскость затвора F действует столб материала /г у (h — высота; у — насыпная плотность материала).
В действительности верхние слои материала, сползая по нижележащим, под некоторым углом обрушения давят на стенки бункера. Возникающая при этом сила трения уравновешивает часть веса материала. Чем глубже бункер, тем больше сказываются силы трения. Для глубоких бункеров давление на затвор определяют по формуле
р -- Fa кго (дан), (285)
180
где а — давление, кгс/м2 (дан/м2), определяемое по эмпирическим формулам*.
Затворы применяют, когда материалы надо отгружать периодически, отдельными порциями, например в автомобили, вагоны и т.п. Когда же нужен равномерный поток материала (например, при погрузке на конвейеры), применяют специальные механические устройства — питатели.
Рис. 155. Схемы питателей.
а —цепной; б, в — ленточные — горизонтальный и наклонный; г — пластинчатый; д — винтовой; е — вибрационный электромагнитный; ж — тарельчатый.
Питатели, наиболее распространенные на заводах строительных изделий, приведены на рис. 155.
Цепной питатель (рис. 155, а) имеет набор бесконечных цепей. Эти цепи висят перед выпускным отверстием бункера и образуют тяжелый занавес, препятствующий самопроизвольному вытеканию материала. Материал движется со скоростью движения цепей, приводимых в движение барабаном; изменяя ее, можно регулировать
* Основы проектирования бункеров см. в кн.: К. В. Алферов, Р. Л. Зенков. Бункерные установки. М., Машгиз, 1955.
181
производительность питателя. Цепные питатели пригодны для кусковых сортированных и рядовых материалов.
Ленточные питатели имеют неподвижные борта (рис. 155,6, в) и отличаются от обычных ленточных конвейеров частичным расположением роликоопор на рабочей ветви ленты и отсутствием их на нижней, а также малой скоростью (около 0,1—0,3 м/сек). Ленточные питатели применяют для транспортирования мелкокусковых материалов. Их производительность регулируется переставной задвижкой.
Пластинчатый питатель (рис. 155, г) — это конвейер небольшой длины для перемещения тяжелых, крупнокусковых и среднекусковых материалов.
В винтовом питателе (рис. 155, д) материал перемещается вращающимся в трубе винтом, вал которого опирается на два конусных подшипника, расположенных вне трубы. Такие питатели используют для подачи пылевидных, а также крохких мелкокусковых грузов.
Методика расчета ленточного, пластинчатого и винтового питателей принципиально не отличается от расчета соответствующих конвейеров.
Вибрационный питатель (рис. 155, е) состоит из двух частей: подвижного лотка 1 и вибратора 3. Питатель присоединен к несущей конструкции бункера подвесками 2. Вибратор сообщает колебания лотку под углом 20° к плоскости его дна. Лоток при помощи колебаний перебрасывает находящийся в нем материал на небольшие расстояния вперед и таким образом постепенно перемещает его.
Вибрационный питатель предназначен преимущественно для мелкокусковых материалов, реже — для среднекусковых и часто применяется на бетонных заводах для автоматического дозирования материалов.
Производительность лоткового вибрационного питателя
(286)
где В — ширина лотка, м;
h — высота слоя материала на лотке, м (обычно h & 0,25 S);
S — ход лотка, несколько меньший величины хода якоря, м;
у — насыпная плотность материала, кг/м3\
nQ — число колебаний в минуту.
Тарельчатый питатель (рис. 155, ж) состоит из вращающегося от двигателя круглого плоского стола-диска 6, телескопического патрубка 5, не доходящего до плоскости стола и расположенного под выпускным отверстием бункера 4, и косого разгружающего скребка 7. Если поднять или опустить патрубок и скребок, питатель, применяемый преимущественно для пылевидных и мелкокусковых материалов, можно использовать для регулирования потока.
162
§ 27. Пневматический транспорт
Оборудование для пневматического транспорта. Пневматическое транспортирование основано на сообщении сыпучим материалам большой скорости движущимся потоком воздуха.
К достоинствам пневмотранспортных устройств относятся: герметичность, особенно важная при перемещении пылящих материалов; компактность и удобство применения благодаря изгибам трубопровода; полная механизация загрузки и разгрузки; автоматизация процесса транспортирования.
Недостатки пневмотранспортных устройств: сравнительно высокий расход энергии (1—4 кет • ч на 1 т перемещаемого материала),
Рис. 156. Схемы пневмотранспортных установок:
а — всасывающей; б — нагнетательной
потому что помимо материала, транспортируется и большое количество воздуха, а также быстрый износ частей в случае транспортирования абразивных материалов.
Различают три системы пневматического транспортирования — всасывающую, нагнетательную и смешанную. При всасывающей системе материал, подаваемый в транспортный трубопровод, перемещается по нему вследствие разрежения воздуха. В нагнетательной системе перемещение материала происходит под действием нагнетания воздуха в трубопровод. Смешанная система (всасываю-ще-нагнетательная) имеет отдельные участки с разреженным и сжатым воздухом.
При всасывающей установке (рис. 156, а) материал через всасывающее сопло 1 попадает в транспортный трубопровод 2, а в месте разгрузки переходит в разгружатель 3. В разгружателе, сечение которого шире, чем у трубопровода, скорость воздуха резко падает, и материал через шлюзовой затвор 5, обеспечивающий герметичность трубопровода, попадает в хранилища (бункера). Воздух для очистки поступает в фильтр 4, затем в воздушный насос 6, а оттуда в выхлопной трубопровод.
183
/TV
Рис. 157. Вса-
сывающее
сопло:
/ и 2 — внутренняя и внешняя трубки.
В нагнетательной установке (рис. 156, б) материал из камерного питателя 7 поступает в транспортный трубопровод 2 и далее через переключатель 8 в бункера 9.
Всасывающие и нагнетательные установки имеют следующие технологические отличия: всасывающие установки дают возможность перемещать материал из нескольких мест в одно, а нагнетательные — из одного места в несколько; у всасывающих установок перепад давления воздуха не превышает 0,5 кгс/см2 (дан/см2), так как при большем разрежении резко снижается переносная способность струи воздуха, и поэтому транспортирование возможно только на короткие расстояния; у нагнетательных установок перепад давления доходит до 6 кгс/см2(дан/см2), а протяженность транспортирования — до 2 км.
Оборудование пневматического транспорта состоит из загрузочных устройств, переключателей, разгрузочных устройств (иногда с пылеуловителями), компрессоров или воздушных насосов.
Загрузочными устройствами во всасывающих пневматических системах являются сопла, а в нагнетательных — винтовые и камерные питатели, а также шлюзовые затворы.
Сопло (рис. 157) соединено с трубопроводом гибким шлангом. Материал засасывается из штабеля в приемную часть сопла, а затем во взвешенном состоянии перемещается по трубопроводу.
Стационарный винтовой пневматический питатель (рис. 158) применяют для загрузки цемента или других пылевидных материалов. Из бункера материал подается через воронку 2 питателя в сме-
Рис. 158. Винтовой пневматический питатель.
сительную камеру 6 при помощи быстро вращающегося от электродвигателя винта 3. Винт, вращающийся в цилиндрическом кожухе со сменными вкладышами 4, имеет переменный шаг, уменьшающийся в направлении движения материала. Это обеспечивает уплотнение материала, чтобы сжатый воздух не прошел из смесительной
184
камеры по винту в бункер. Степень уплотнения материала винтом регулируется клапаном 5. В нижней части смесительной камеры находится 10—13 форсунок 7. По ним вводится сжатый воздух, который разрыхляет поступивший в камеру материал и уносит его по транспортному трубопроводу. Подшипники предохраняются уплотнением 1.
Мощность винтового пневматического питателя определяют по формуле
ДА ина транспортироЬания^м
Рис. 159. Зависимость удельной энергоемкости винтового пневматического питателя от длины транспортирования цемента.
где 1,25 — коэффициент, учитывающий неравномерность подачи материала;
П — производительность питателя, т/ч\
W — удельная энергоемкость, кет • ч, расходуемая на транспортирование 1 т цемента (рис. 159).
Камерные питатели? (рис. 156), использующие давление воздуха 3—5 кгс/см2, применяют, как правило, на цементных заводах.
Шлюзовые затворы применяются для загрузки материалов в трубопровод [при давлении воздуха до 1,4 кгс/см2 (дан/см2)] и в разгрузочных устройствах. На рис. 160 изображен барабанный шлюзовый затвор. Через воронку 2 материал поступает в отсеки барабана /, вращающегося со скоростью 20—60 об/мин, и высыпается в бункер 3 или нагнетательный трубопровод.
В местах разветвления транспортных трубопроводов, обычно состоящих из стальных цельнотянутых труб диаметром 50—250 мм , устанавливают чугунные трехходовые переключатели (рис. 161). Внутри корпуса 1 переключателя находится дисковый клапан (задвижка) 2, переставляемый рычагом 3, который выведен наружу через сальниковое уплотнение.
185
Разгрузочные устройства — бункеры (см. рис. 150) и специальные цилиндры-отделители (рис. 162) снабжены шлюзовыми затворами. Воздух со взвешенным в нем материалом
Рис. 160. Барабанный шлюзовый затвор.
поступает в отделитель по трубопроводу 1 в камеру 6. В связи с резким уменьшением скорости (до 0,2—0,8 м/сек) материал падает на дно камеры, откуда непрерывно выбрасывается шлюзовым затвором 2 наружу. Затем, освобожденный от основной массы материала, но еще запыленный, воздух поднимается вверх и попадает в циклон 5. Так как в циклоне воздух резко меняет свое направление,частицы материала под действием центробежной силы выпадают и ска-
тываются по желобу ко второму шлюзовому затвору 3. Освобожденный от материала воздух с некоторым количеством мельчайших
частиц пыли направляется в выходной патрубок 4.
Расчет пневматических транспортных установок заключается в определении внутреннего сечения трубопровода, количества и давления сжатого воздуха. Исходными данными для расчета явля
186
ются производительность П установки по цементу, штукатурному гипсу и т. п., а также схема трубопровода с указанием длины горизонтальных, вертикальных и наклонных участков и расположения колен и двухходовых переключателей. Чтобы учесть в расчете влияние колен и переключателей, их заменяют эквивалентной по сопротивлению длиной прямого трубопровода. Так, для пылевидных материалов (цемента, штукатурного гипса) двухходовой переключатель эквивалентен 8 м прямого трубопровода, колено — примерно 5—8 м.
Частица материала весом G в восходящем потоке воздуха испытывает с его стороны давление Р в направлении движения потока. Уравнение ее движения (без учета потери в весе) по принципу Да-ламбера имеет вид
ja = P-G, (288)
где а — ускорение частицы;
g — ускорение свободно падающего тела.
Если а > 0, то Р > G и частица движется вверх; если а < О, то Р < G и частица падает вниз; наконец, когда а = О, Р = G и частица находится в покое.
Так как скорость воздушного потока практически всегда изменяется в некоторых пределах, при Р = G частица колеблется относительно какого-то среднего положения, т.е., как говорят, «витает» в воздухе. Скорость воздушного потока as, соответствующая этому состоянию, называется скоростью витания. Например, для цемента vs 5 м/сек. Чтобы материал мог двигаться, скорость воздуха в трубопроводе ув должна быть больше vs.
Определение величины ув в трубопроводе теоретически затруднительно вследствие большого числа влияющих на нее факторов — размеров частиц, их плотности, длины транспортирования, соотношения объемов частиц и воздуха в трубопроводе. В приближенных подсчетах пользуются экспериментальным графиком зависимости ув от длины транспортирования (рис. 163, а).
Для расчетов пневмотранспортных установок вводится понятие массовой концентрации смеси, т. е. отношения массовой производительности установки П к массовому расходу воздуха Пв, т/ч\
1» = #. (289)
Так как масса 1 м3 воздуха равна 1,224 кг,
„ — 1000 . п (290)
“ 3600 • 1,224QB ~ 4,5QB ’
где QB— расход воздуха, м3/сек.
Увеличение длины трубопровода требует увеличения не только скорости воздушной струи ув, но и количества воздуха. Поэтому
187
массовая концентрация смеси р зависит от длины транспортирования (рис. 163, б).
Пользуясь графиками, приведенными на рис. 163, при заданной производительности П, т/ч, определяют расход воздуха
Qb = 4^ м3/сск. (291)
и внутреннее сечение трубопровода
(292)
Рис. 163. Зависимость скорости воздуха (график а) и массовой концентрации (график б) от длины транспортирования цемента.
Давление воздуха,создаваемое компрессором и требуемое для движения потока с заданной скоростью vBt зависит от транспортируемого материала, сопротивления трубопровода и массовой концентрации смеси. Давление воздуха в начальной точке транспортного трубопровода по экспериментально проверенной формуле
Рн = j/~ 1 -|- ps -ф кгс/см21 (дан/см2). (293)
Здесь Н — высота подъема, м\
ув — плотность воздуха в нагнетательном трубопроводе, равная 1,6—2 кг/мл\
р — коэффициент концентрации смеси.
Величину s в формуле (293), вводимую для упрощения расчетов, вычисляют так:
s = (294)
188
где L — расчетная длина трубопровода, -и*;
vB — скорость транспортирующего воздуха, м!се.к\
d — диаметр трубопровода, м.
Зная величину $, по экспериментальному графику, приведенному на рис. 164, определяют величину 0.
Рис. 164. Зависимость коэффициента р от величины S*
В правой части формулы (293) первый член учитывает потери на трение смеси по длине трубопровода L, а второй — потери на подъем смеси на высоту Н.
Рис. 165. К примеру расчета устройства для пневматического транспортирования цемента.
Пример. Рассчитать пневматическое устройство нагнетательного типа для транспортирования цемента со склада на бетонный завод. Схема устройства производительностью П == 50 т/ч представлена на рис. 165.
* В расчетную длину трубопровода входят дополнительные длины, эквивалентные сопротивлениям колен, переключателей и т.п#
8 5-291
189
Расчетная длина транспортирования с учетом трех колен эквивалентной длиной по 5 м
L = 210 + 25 + 3 • 5 = 250 м.
Следовательно, скорость транспортирующего воздуха по графику на рис. 163, a v = 28 м/сек.
Массовую концентрацию смеси находим по графику на рис. 163, б: р - 29.
Требуемый расход воздуха по формуле (291)
Q = 4^ = 4^29 = °’39 м3/сеК'
Внутренний диаметр трубопровода по формуле (292)
. i/rra
d = l/ —= I/ —« 0,134 м.
у кув Г тс28
По ГОСТ подбираем стальную бесшовную трубу ближайшего размера с наружным диаметром 146 мм и толщиной стенки 5 мм (dT = 136 мм).
Давление (абсолютное) воздуха в начальной точке транспортного трубопровода определяем по формулам (294) и (293). Предварительно находим вспомогательную величину s:
Lv2 29 • 250 • 282 лп = 0,136 =42-106’
затем nos — значение коэффициента р = 2,5 • 10~7 (см. рис. 164).
Тогда
рн = /Г+^ + qjr = /1 + 2,5- 10~7 -42- 10» +
+ ~~——~~ ~ 3.75 кгс/см2 (дан/см2).
Давление воздуха в воздухопроводе у компрессора (максимальное)
Рм = Рна + Рв = 3,75 • 1,2 + 0,3 « 5 кге/см2 (дан/см2).
Здесь а = 1,2 — коэффициент потерь в загрузочном устройстве;
рв = 0,3 —L потер и давления в подводящем трубопроводе, кгс/см2 (дан/см2).
Требуемая производительность компрессора
.2
Ttd„ тг . Л 1 QA2
Vo = — v'60 = —28 • 1,1 • 60 я 27 м3/мин,
где а' = 1,1 — коэффициент, учитывающий неплотности в системе трубопроводов.
Пневматические транспортные желоба предназначены только для сухих пылевидных материалов (например, цемента), которые быстро насыщаются воздухом и благодаря этому становятся легкоподвижными (текучими) при небольшом уклоне (0,04—0,05).
Пневматический желоб (рис. 166) состоит из двух частей 1 и 3, изготовленных из листовой стали и соединенных болтами. Между частями желоба помещается пористая перегородка 2 — керамическая или матерчатая (цельная или составная). Материал поступает через воронку 9 и движется в желобе по поверхности перегород
190
ки. В нижнюю часть желоба от вентилятора 6 через всасывающий фильтр 5, регулирующий дроссель 7 и гибкий шланг 8 подается воздух, который, проходя сквозь перегородку, аэрирует слой транспортируемого материала, придавая ему текучесть, и выпускается через матерчатые фильтры 4, расположенные в окнах по всей длине крышки желоба, наружу.
Пневматический желоб в ряде случаев выгоднее винтового пневматического конвейера, так как у него нет движущихся, изнашивающихся частей и расход энергии значительно меньше.
Рис. 166. Пневматический транспортный желоб.
Для транспортирования цемента при уклоне 0,04 надо обеспечить на 1 м2 пористой перегородки 1,3—1,5 м3/мин воздуха.
Требуемое давление воздуха 0,03—0,05 кгс/см2 (дан/см2).
§ 28. Бетононасосы
Бетононасосы обеспечивают перемещение бетона по трубам на сравнительно небольшое расстояние в пределах строительной площадки или завода.
Применяются поршневые (с механическим и гидравлическим приводами) и пневматические бетононасосы.
Принцип действия поршневого бетононасоса с механическим приводом (рис. 167) заключается в следующем.
Поступающую в приемный бункер 6 бетонную смесь непрерывно перемешивают лопастями 5, чтобы сохранить ее однородность и предупредить расслоение. Из бункера смесь побудителем 7, выполненным в виде лопастей смесителя, подается через всасывающий клапан 8 в цилиндр И насоса. Поршень 12 насоса совершает возвратно-
191
поступательное движение при помощи кривошипно-шатунного механизма, коленчатый вал 2 которого приводится во вращение от основного электродвигателя 13 бетононасоса.
Движение поршня строго согласовано с положением всасывающего 8 и нагнетательного 9 клапанов: при всасывающем движении поршня (положение /, рис. 167, а) клапан 8 открывается, а клапан 9 закрывается; при нагнетательном движении поршня (положение
Рис. 167. Поршневой бетононасос:
а — схемы работы; б — кинематическая схема.
//, рис. 167, а) клапан 8 закрывается, а клапан 9 открывается. Перемещения поршня и клапанов синхронизируются кулисным механизмом /, получающим качательное движение от профильных кулаков на коленчатом валу, и двух тяг 3 и 4, связывающих каждую из кулис с клапанами. Во время всасывающего движения поршня бетонная смесь поступает в полость цилиндра, а во время нагнетательного — выталкивается в трубопровод 10.
Побудитель 7 приводится во вращение от коленчатого вала насоса через цепную передачу 74, а смеситель, как правило, имеет собственный двигатель 15 (рис. 167, б).
Для подачи бетона к месту назначения каждый бетононасос комплектуется бетоноводом и вспомогательным оборудованием. В ком
192
плект бетоновода входят различной длины прямые и изогнутые звенья труб одинакового диаметра. Звенья соединяют между собой с помощью быстродействующих рычажных замков, которые обеспечивают натяжение стыков, зажимая их перекидными рычагами. Соединения герметизируют установкой на стыках звеньев бетоновода резиновых прокладок.
При эксплуатации бетононасосов обеспечиваются хорошие технико-экономические показатели только в том случае, если по бетоноводу перекачивается бетонная смесь определенного состава, а за бетононасосом установлен тщательный уход и соблюдается режим его работы.
Перед пуском бетононасоса в работу надо убедиться в том, что при закрытии клапанов остающаяся щель соответствует размеру максимальной крупности заполнителя в бетонной смеси. В случае нарушения этого условия регулируют положение клапанов изменением длины тяг и перестановкой пальца на рычаге клапана. Затем проверяют исправность отдельных звеньев бетононасоса (уплотнений, системы промывки поршня водой, резинового наконечника поршня и т. п.) и включают бетононасос в работу.
Перед загрузкой приемного бункера бетоном в бетононасос нужно подать для смазки бетоновода жирный цементный раствор, без которого образуются пробки и закупоривается бето-новод.
Оставлять бетонную смесь в бетоноводе без какого-либо движения можно не более 30—40 мин, а при более длительном сроке следует через каждые 5 мин пускать бетононасос на 2—3 оборота, чтобы предупредить закупорку бетоновода.
После окончания работы и остановки бетононасоса надо удалить из бетоновода заполняющую его бетонную смесь. Очищают бетоно-вод с помощью пыжей из мешковины или специальных банников, которые закладывают в начале бетоновода и проталкивают вместе с бетоном давлением воды или воздуха. Для очистки бетоновода водой наиболее целесообразно применять специальный водяной насос, обеспечивающий давление 10—20 кгс/см2 (дан/см2).
Бетононасосы выпускаются производительностью от 5 до 40 м3/ч. Они обеспечивают перемещение бетонной смеси на расстояние до 350 м по горизонтали или 40 м по вертикали.
Располагая линию бетоновода, следует учитывать, что в прямых горизонтальных и вертикальных трубах и коленах при движении по ним бетонной смеси создаются различные по величине сопротивления. Поэтому, рассчитывая бетоновод, все сопротивления приводят к одному виду — к сопротивлению, возникающему в горизонтальном бетоноводе. При этом пользуются такими опытными коэффициентами эквивалентности: для 1 м вертикального бетоновода k3 == 8; колена под углом 90° k±= 12; колена под углом 45° k2= 7 и колена под углом 22°30' k3 = 4.
Возможность транспортирования бетонной смеси обеспечивается, если приведенная длина бетоновода меньше или равна дальности
1ЭЗ
подачи бетона по горизонтали, которая указывается в характеристике бетононасоса.
К недостаткам рассмотренной конструкции поршневого бетононасоса относятся: сравнительная сложность устройства и большое количество движущихся частей, что затрудняет эксплуатацию и приводит к частым поломкам деталей бетононасоса; невозможность регулировать количество подаваемой бетонной смеси в работе бетононасоса; сложность очистки бетоновода после окончания работы и др.
Рис. 168. Поршневой бетононасос с гидравлическим приводом.
Рис. 169. Устройство пневматического бетононасоса.
Производительность поршневого бетононасоса при непрерывной работе
П = 60FSnfeHan м3/ч, (295)
где F — площадь сечения поршня, м2;
S — длина его хода, м\
п — число оборотов коленчатого вала в минуту;
^нап — коэффициент объемного наполнения, равный 0,6—0,8.
В поршневых бетононасосах с гидравлическим приводом (рис. 168) частично устранены недостатки бетононасосов с механическим приводом, связанные с большим числом движущихся деталей. В изображенном на рис. 168 бетононасосе под расходным бункером 1 установлены два рабочих цилиндра 3 и 7, снабженные двумя шиберными затворами — всасывающим 2 и нагнетательным 8. Рабочие цилиндры поочередно засасывают бетонную смесь из приемного бункера и через тройник 9 нагнетают ее в бетоновод. В зависимости от положения шиберных затворов 2 и 8 бетонная смесь засасывается поршнем 5 в один из рабочих ци-
194
ливдров, а из другого в это время нагнетается в бетоновод. После окончания цикла из первого цилиндра бетонная смесь нагнетается в бетоновод, а во второй — засасывается из приемного бункера.
Поршни и шиберные затворы приводятся в движение гидроцилиндрами, работающими от гидронасоса и управляемыми специальным гидрораспределителем.
После каждого цикла работы цилиндры промываются водой, поступающей из бачка 4. Вода удаляет мелкие частицы бетонной смеси, осевшие на стенках. Из цилиндров вода поступает в отстойник 6, из которого осевшие частицы бетонной смеси периодически удаляются.
Перспективными для транспортирования бетонов по трубам являются пневматические бетононасосы (рис. 169).
Установка для пневмотранспортирования бетона представляет собой нагнетатель (резервуар) 5, загружаемый бетоном через воронку 3. После загрузки закрывается конусный затвор 4 и в резервуар по трубопроводу 1 подается сжатый воздух давлением 5—6 кгс/см2 (дан/см2). Под действием сжатого воздуха бетонная смесь поступает в бетоновод 7 и перемещается к месту выгрузки. Для побуждения выхода бетона в бетоновод и предотвращения образования пробок в резервуаре установлен направляющий конус 2 с соплами 6, через которые подается воздух, действующий на бетонную смесь в месте ее выхода из резервуара. В конце бетоновода устанавливают разгрузочный бункер-успокоитель, обеспечивающий спокойный выход бетона из бетоновода и отделение от него воздуха, насыщающего бетон в процессе перемещения.
Пневматическая установка подает бетон порциями, и в любой момент можно прекратить ее работу при несложной очистке бетоновода. Недостатком этой установки является большой расход электроэнергии.
Производительность пневматического бетононасоса
„ 3600VH ,
п <296>
где VH — полезная емкость нагнетателя, л;
Тц — продолжительность цикла подачи бетона, сек, определяемая по формуле
Ta = ±+tceK. (297)
ср
Здесь L — длина бетоновода, м;
t — время на загрузку и разгрузку смеси, сек\
уСр — средняя скорость движения бетонной смеси по бетоно-воду, м/сек. Эту скорость определяют с помощью экспериментальных коэффициентов по формуле
уср = 2$kskvkpkLkD м/сек, (298)
195
где — коэффициент подвижности смеси (осадка конуса) S:
S 6 8 10 12 14 см
ks 0,82 0,91 1 1,09 1,13
kv — коэффициент объема нагнетателя
VH 100 150 200 250 300 400 500 800 л
kv 1,79 1,51 1,23 1 0,75 0,6 0,5 0,35
kp — коэффициент давления воздуха Р:
Р 2 2,3 2,5 3 3,5 3,7 4 кгс/см* (дан/см2)
kp 0,82 1 1,15 1,49 1,83 1,92 2
kL — коэффициент длины бетоновода L:
L 42 73,4 100 127 150 160 м
kL 0,77 1 1,2 1,4 1,57 1,64
kD — коэффициент диаметра бетоновода D:
D 100 150 203 мм
kD 0,55 1 1,47
Вопросы и задания для самопроверки
1. Какие свойства перемещаемых материалов влияют на работу машин непрерывного транспорта?
2. Укажите области применения различных типов конвейеров: ленточ* ного, пластинчатого, скребкового, грузоведущего, ковшового, винтового, вибрационного и роликового.
3. Опишите автоматическое управление ленточными конвейерами.
4. В чем заключается метод расчета ленточного конвейера обходом по контуру и какие три условия должен обеспечивать правильно запроектированный ленточный конвейер?
5. Как определить динамические усилия в цепях пластинчатого конвейера?
6. Сравните способы определения производительности конвейеров, перечисленных в вопросе 2.
7. Сравните способы определения мощности двигателя для конвейеров, перечисленных в вопросе 2.
8. Сравните типы бункерных затворов и питателей по условиям их применения и по конструкции.
9. Изложите методику расчета пневмотранспортных установок и опишите конструктивные особенности пневмотранспортного оборудования.
10. Охарактеризуйте различные типы бетононасосов, их достоинства, недостатки. Как определяют производительность бетононасосов?
11. Изложите правила монтажа и техники безопасности конвейеров.
ГЛАВА III
ПОГРУЗОЧНО-РАЗГРУЗОЧНЫЕ МАШИНЫ
§ 29. Погрузчики
Для механизации погрузки штучных грузов и насыпных материалов в вагоны, автомобили и прицепы применяют самоходные погрузчики, для разгрузки железнодорожных вагонов — разгрузочные машины. Некоторые погрузочно-разгрузочные машины используют для транспортирования материалов в пределах территории складов. (Применение кранов для погрузочно-разгрузочных работ рассмотрено в гл. I).
Самоходные погрузчики подразделяют на погрузчики непрерывного и периодического действия. Погрузчики непрерывного действия предназначены только для насыпных материалов, периодического — и для штучных грузов.
Погрузчики непрерывного действия выпускают на гусеничном и пневмоколесном ходу. Забор сыпучих материалов производится винтом с лопастями, шаровой головкой или роторным колесом, а перемещение материала — ковшовым элеватором, скребковым или ленточным конвейером.
На рис. 170 показана кинематическая схема винтового многоковшового погрузчика на пневмоколесном ходу, лопасти винта которого подгребают материал к ковшовому конвейеру. Лопасти закреплены на удлиненном в обе стороны валу нижней звездочки конвейера. Чтобы материал не отбрасывался назад, сзади винта установлен отвальный щит. Производительность таких погрузчиков — до 160 м3/ч.
В конструкциях погрузчиков непрерывного действия также используют многодвигательный привод с дизелем и генератором, от которого работают электродвигатели для зачерпывания или подгребания материала, его перемещения и отгрузки и для передвижения машины. Применение многодвигательного привода упрощает кинематическую схему: нет необходимости в ряде муфт, передаточных цепей и промежуточных валов, требующих частой наладки и ремонта.
Погрузчик с шаровой головкой показан на рис. 171. Шаровая головка 7 состоит из шести ковшей //, закрепленных болтами на трубе 9, охватывающей несущую трубу 10, Труба с ковшами приводится во вращение вокруг подшипника 12 несущей трубы электродвигателем 3 через редуктор 4, вал 5 и зубчатый венец 6, Материал зачерпывается ковшами, которые, поднимаясь при вращении около несущей трубы, высыпают его на ленточный конвейер
197
S, размещенный в трубе 10. Конвейер подает материал в воронку 2 внешнего поворотного отгрузочного конвейера 1.
Шаровая головка с несущей трубой и конвейеры могут перемещаться по высоте с помощью гидравлического цилиндра, расположенного в середине поворотной платформы. В горизонтальном направлении шаровая головка перемещается на 300° поворотом всей платформы. Кроме того, внешний конвейер может поворачиваться независимо от платформы на 72° в обе стороны.
Каждая гусеница машины приводится в движение от отдельного электродвигателя. Кроме этих электродвигателей, имеется еще
Рис. 170. Кинематическая схема многоковшового погрузчика:
/ — задний мост; 2 — двигатель; 3 — коробка передач; 4 — приводной барабан ленточного конвейера; 5 — верхний вал ковшового конвейера; 6 — передний мост; 7 — ковшовый конвейер; 8 — лопасти винта.
шесть приводов: шаровой головки, внутреннего ленточного конвейера, внешнего поворотного конвейера, шестеренчатого насоса гидроцилиндра, поворота платформы и поворота внешнего транспортера. Питание электродвигателей осуществляется гибким кабелем, присоединенным к внешней силовой электрической сети. Часовая производительность погрузчика — до 90 м3!ч.
На рис. 172 изображен роторный погрузчик. Роторное колесо установлено на конце фермы основного ленточного конвейера 4. Колесо вращается электродвигателем 7 через редуктор 6 и зубчатый венец 5. Укрепленные на колесе шесть ковшей 3 имеют скошенные стенки, по которым зачерпываемый материал при повороте ковшей ссыпается в сторону на конвейер. С основного конвейера материал пересыпается на отгружающий ленточный конвейер 2, расположенный на наклонной стреле, а оттуда в воронку 1.
198
Достоинством погрузчика с шаровой головкой и роторного погрузчика является способность забирать материал из любой точки штабеля, тогда как многоковшовые погрузчики пригодны только для забора материала с того уровня, на котором они расположены.
Производительность многоковшовых погрузчиков определяют по формуле (208).
Мощность привода конвейерного погрузчика слагается из мощностей, требуемых для подъема груза, преодоления сопротивления движению и перегибам тягового элемента с ковшами и для зачерпывания материала. Расчеты производят так же, как для ковшовых конвейеров.
Мощность при зачерпывании
“ 102 • 3600 °Г’
(299)
199
где П — производительность погрузчика, м3/ч\
7 — насыпная плотность материала, кг/м3\
— сопротивление (работа) зачерпыванию, кгс • м/кг (дан X X м/кг).
При обычных скоростях движения ковшей (0,5—1 м/сек) для песка и гравия равно 3,5—6, а для щебня 5—9 кгс • м/кг (дан X X м/кг).
Погрузчики периодического действия не только грузят материал, но и транспортируют его на небольшое расстояние — до 50— 60 м. Эти погрузчики бывают одноковшовыми и универсальными.
Одноковшовые погрузчики по конструкции делятся на навесные и специальные. Первые монтируют на тракторе или грузовом автомобиле, вторые — это специально изготовленные машины, обычно на пневмоколесном ходу.
200
Рис. 173. Одноковшовый фронтальный погрузчик на пневмоколесном ходу: а — общий вид; б — гидравлическая схема; в — кинематическая схема; / — гидроцилиндр управления ковшом; 2 — стрела; 3 -кривошипно-шатунный механизм управления ков шом; 4 — ковш; 5 — гидроцилиндры подъема стрелы; 6 — поворотная рама; 7 —гидроцилиндры поворота опоры стрелы; 8 — маслобак; 9 — маслонасос; 10 — распределительное устройство; 11 — двигатель; 12 — муфта сцепления: 13 — коробка передач; 14 — раздаточная коробка; 15 — задний мост; 16 — передний мост.
Наибольшее распространение получили фронтальные погрузчики на пневмоколесном ходу (рис. 173) с ковшами емкостью до 1,65 м3. Применяют также одноковшовые фронтальные погрузчики (рис. 174) на базе тракторов с ковшами емкостью до 2,8 м3.
Универсальные погрузчики (автопогрузчики) применяют для различных грузов до 5 т.
Основой автопогрузчика (рис. 175, а) служит тележка на пневматических шинах, которую собирают из узлов грузовых автомобилей. Автомобильный двигатель и управляемые колеса 13 расположены в задней части погрузчика, а ведущие колеса 17 — в передней. Подъемная часть погрузчика состоит из основной рамы 2, внут-
ри которой перемещается выдвигающаяся внутренняя рама 4, а вдоль нее передвигается каретка 8 с вилочным захватом 5.
Подъемный механизм устроен так. На нижней балке основной рамы установлен гидравлический цилиндр /. Шток 10 поршня 3 связан с верхней поперечной балкой 6 выдвижной рамы. К этой балке прикреплены звездочки 7. Цепи 9 присоединены одним концом к каретке и перекинуты через звездочки, а другим концом прикреплены к основной раме.
Рис. 174. Одноковшовый фронтальный погрузчик на базе трактора.
Когда в цилиндре 1 перемещается поршень 3, шток 10 поднимает вспомогательную внутреннюю раму 4. При этом поднимается ка-
ретка 5, которая проходит путь, равный удвоенному пути поршня 3 (рис. 176, б). Таким образом, подъемное устройство автопогрузчика представляет собой полиспаст для выигрыша в скорости. Благодаря этому, когда внутренняя рама еще не выдвинута, каретка 6 с
вилочным захватом находится в самом нижнем положении, а когда
внутренняя рама выдвинута на всю длину, каретка находится в самом верхнем положении. Основная рама 2 вместе с кареткой 6 и рабочим органом 5 для удобства захвата и перемещения груза может изменять свое положение в вертикальной плоскости, наклоняясь вперед на 3—4° и назад на 12—15°. Наклон рамы 2 осуществляется двумя гидравлическими цилиндрами 12 и тягами 14 и 15. Для управления цилиндрами служит рукоятка 11 распределителя масла 16.
Помимо вилочного захвата, который можно подвести под любой штучный груз, установленный на подкладках, автопогрузчик может быть оборудован рядом съемных грузоподъемных приспособлений, расширяющих область его применения: безблочной и нормальной стрелами, штырем для труб, ковшом для сыпучих материалов и т. п. (рис. 176).
202
a
^12 3
Рис. 175. Универсальный погрузчик (автопогрузчик):
а — общий вид; б — схема гидроподъемника.
Производительность погрузчика периодического действия определяют по формуле (1).
При насыпных грузах продолжительность цикла ta одноковшового погрузчика (см. рис. 173) слагается из времени: 1) наполнения ковша — 10-5- 15 сек и подъема ковша в транспортное положение — 8 -5- 10 сек-, 2) перемещения к месту разгрузки (при даль-
д
Рис. 176. Сменное рабочее оборудование авгопогрузчика: а — без блочная стрела; б—крановая стрела; в — гидравлический захват для бревен; а —ковш; д —штырь для пневматических шин, бухт и т. п.
ности возки 10 м и передвижении на 2-й скорости) — 12-5-15 сек-, 3) поворота ковша на разгрузку — 6-5-10 сек; 4) передвижения погрузчика к штабелю с одновременным спуском ковша— 12 -5- 15 сек; 5) переключения рычагов — 10-5-15 сек.
При штучных грузах продолжительность цикла /ц слагается из времени: 1) наклона грузоподъемной рамы вперед для заводки вил под груз — 10-5-15 сек; 2) разворота погрузчика на 90° — 6-5-8 сек, на 180° — 10-5- 15 сек; 3) движения погрузчика с грузом; 4) установки рамы грузоподъемника в вертикальное положение с грузом на вилах — 2-5-3 сек; 5) подъема груза на необходимую высоту; 6) укладки груза в штабель — 5-5-8 сек; 7) отклонения рамы грузо
204
подъемника назад с кареткой без груза — 2 ч- Зсек; 8) спуска порожней каретки; 9) разворота без груза; 10) холостого хода погрузчика; 11) переключения рычагов — 6 ч- 8 сек.
Мощность привода рабочих органов одноковшовых погрузчиков определяют по формулам: при подъеме материала
N^-^Ker, (300)
при черпании материала
= ж? <30')
Здесь М — крутящий момент на валу лебедки, кгс • м (дан м); «бар — число оборотов барабана в минуту;
т] — общий к. п. д. с учетом жесткости канатов и потерь в трансмиссии отбора мощности. Для одноковшового навесного погрузчика т] = 0,6 ч- 0,65;
Л$ — сопротивление черпанию, отнесенное к 1 кг зачерпываемого материала, кгс • м/кг (дан м/кг)', q — емкость ковша, м3;
у — насыпная плотность материала, кг/м3\
ф — коэффициент наполнения ковша, равный 0,6—0,85. t — расчетная продолжительность черпания. Для одноковшового навесного погрузчика t = 15 ч- 20 сек.
Крутящий момент М на валу лебедки определяют, исходя из начала подъема ковша, учитывая его вес с наиболее тяжелым материалом и вес поднимаемой рамы. Значения сопротивления черпанию А можно принимать для щебня 4—5, гравия 3,5—4 и песка 2,5—3,5 кгс м/кг (дан м/кг).
При гидравлическом приводе требуемая мощность погрузчика
Sv„
K' + N’=m w. .00,<302>
где S — усилие на штоке, кгс(дан)', ип—скорость хода поршня, см/мин', 7]н — общий к. п. д. насоса: для шестеренчатых насосов т]н = = 0,72 ч- 0,8; для лопастных т]н = 0,75 ч- 0,88.
Усилие на штоке
S = кгс (дан). {303)
Расход жидкости с учетом потерь
У = «'•/“« 004)
В формулах (303) и (304):
D — диаметр цилиндра, см\
205
р — давление в цилиндре: для шестеренчатых насосов р = 30
-ь 35; для лопастных р — 65 н- 70' кгс/см2(дан/см2);
7]ц — механический к. п. д. цилиндра, равный примерно 0,95. d —диаметр штока поршня, см;
щ — объемный к.п.д. цилиндра, при резиновых или кожаных манжетах приблизительно равный 1.
При подъеме штучных грузов автопогрузчиком его мощность
N = 102 • 60i]n КвТ’
где пп — скорость подъема, м!мин, груза с кареткой весом Ро, кгс(дан);
7]п — к.п.д. механизма подъема. Для автопогрузчиков тщ = 0,7 ~ 0,75.
Мощность двигателей для передвижения погрузчиков определяют по методике, приведенной в § 4.
Устойчивость автопогрузчика надо проверять в продольном и поперечном направлениях при предельном угле наклона основной рамы вперед, при действии ветра на погрузчик в рабочем состоянии и уклоне местности 3°. Расчет устойчивости ведется по общему для всех машин методу (см. § 16). С учетом всех сил, в том числе и инерционных, коэффициент запаса устойчивости должен быть не меньше 1,15.
§ 30. Машины для разгрузки заполнителей
из подвижного состава
Для разгрузки заполнителей (песок, гравий и щебень) из железнодорожных вагонов используют специальные разгрузочные машины. В случае перевозки по замкнутым маршрутам (т. е. от карьера или дробильного завода до завода стройизделий и обратно) заполнители перевозят в саморазгружающихся вагонах, и тогда, естественно, надобность в разгрузочных машинах отпадает.
Соответственно условиям разгрузки и свойствам материалов разгрузочные машины выпускают разнообразных конструкций: например, для разгрузки платформ — стационарного типа и передвижные; для разгрузки полувагонов — цикличного и непрерывного действия; в ряде случаев разгрузка полувагонов и платформ производится с помощью вагоноопрокидывателей.
Перевозить заполнители в закрытых вагонах весьма нежелательно, так как их приходится разгружать тачками.
Как правило, разгрузочные машины не приспособлены для выгрузки смерзшихся нерудных ископаемых. Поэтому в зимнее время в комплексе с ними работают рыхлители.
Машины для разгрузки платформ. Шлагбаумная разгрузочная машина (рис. 177) представляет собой стрелу (шлагбаум) с закрепленным на ней скребком для сбрасывания груза с железнодорожных платформ.
206
Подъемная стрела 3 во время разгрузки перекрывает железнодорожный разгрузочный путь, опираясь при этом на две опоры, расположенные по обеим его сторонам. На стреле помещена тележка со скребком 4. Тележку можно передвигать поперек платформы с таким расчетом, чтобы скребок занял место, требуемое для разгрузки
Рис. 177. Шлагбаумная разгрузочная машина.
материала. Для этого на конце стрелы расположена реверсивная лебедка 2. Для приема сгруженного материала ниже уровня железнодорожного пути устраивают подземный бункер 7, из которого материал поступает на конвейер 6 и выдается к месту его укладки.
Чтобы дать проехать локомотиву и платформе с тормозными
Рис. 178. Схема скребковой разгрузочной машины.
площадками, стрелу поднимают ручной лебедкой /. На противоположной от места управления стороне пути находится винтовой механизм 5, при помощи которого регулируется высота стрелы над уровнем разгружаемой платформы. Железнодорожные вагоны передвигают по разгрузочному пути маневровой лебедкой.
Производительность машины — 150 т/ч.
Скребковая машина (рис. 178) состоит из двух станин 7 и сварной штанги 4, имеющей возвратно-поступательное
207
движение и несущей двусторонний скребок 1. Штанга опирается на две пары роликов3, оси которых закреплены в обоймах 2 и 5, способных перемещаться вертикально по стойкам станин при помощи винтовых подъемников 6. Движение штанге 4 со скребком передается от приводных механизмов 3, перемещающихся вертикально вместе с обоймами.
Для пропуска локомотива и платформы с тормозными площадками штангу переводят в крайнее правое положение. Скребок, за-
крепленный на штанге, имеет режущую грань и для полной зачистки пола платформы снабжен проволочной решеткой.
Материал с железнодорожной платформы сталкивается скребком в обе стороны и попадает на решетку, сквозь отверстия которой
он ссыпается в бункер, расположенный под железнодорожным путем, и далее системой конвейеров подается в штабели для хранения.
Работа по разгрузке платформы начинается с установки скребка. Затем пускают электродвигатели конвейера,
Рис. 179. Схема разгрузки полувагонов убирающего материал из под-ковшовым разгрузчиком (ФРГ). земного бункера, и включают
скребок и меневровую лебедку, которые должны работать синхронно. Управление осуществляется с общего пульта.
Производительность разгрузочной машины до 270 т/ч.
Машины для разгрузки полувагонов. Ковшовый разгрузчик (рис. 179) имеет рабочий орган в виде ковша /, смонтированного на поворотной стреле 4 с рукоятью 3, и гидравлический
привод высокого давления от четырех гидронасосов, приводимых в действие дизелем. Разгрузчик может черпать материал на 0,8 м ниже уровня стоянки и отсыпать штабель высотой 4 м.
Производительность его 60 т/ч. Основной недостаток разгрузчика заключается в том, что маши-
нист не видит ковша в момент черпания материала в полувагоне и ему приходится пользоваться зеркалом 2, укрепленным на стреле. Поэтому, как правило, не удается полностью выгрузить материал из вагона. Кроме того, ковш может повредить вагон.
Разгрузочно-штабелевочная машина (рис. 180) состоит из передвижного самоходного портала 4, на котором смонтированы два ковшовых конвейера 2 и ленточный отвальный конвейер 5.
Ковшовые конвейеры опускаются в полувагон 1 или на платформу и зачерпывают материал, отгружая его на приемный реверсивный конвейер 6, с которого материал поступает на отвальный конвейер. Ширина ковшовых конвейеров позволяет забирать материал по всей ширине разгружаемого вагона. Рама со смонтированными
208
0006- 0008
б
Рис. 180. Разгрузочно-штабелевочная машина: а — вид с юрца; б — вид сбоку
на ней ковшами и приемным конвейером перемещается в вертикальном направлении лебедками 3.
Средняя производительность машины 250—450 м*!ч.
Саморазгружающиеся вагоны (думпкары) представляют собой металлические полувагоны с кузовом, наклоняющимся при разгрузке на 48—52°. По способу открывания борта различают думпкары с откидывающимся и с поднимающимся бортом. Думпкары с откидывающимся бортом более устойчивы при движении и обеспечивают разгрузку случайно попавших в кузов очень крупных кусков.
Думпкары можно разгружать на обе стороны от оси разгрузочного пути (как по одному вагону, так и одновременно группу вагонов или весь состав). Для управления разгрузкой устанавливают краны, один из которых служит для опрокидывания кузова, а другой — для возвращения его в первоначальное положение.
Думпкары с поднимающимся бортом разгружаются с помощью четырех пневматических цилиндров, расположенных по два с каждой стороны. При включении крана на опрокидывание сжатый воздух поступает в два цилиндра, и штоки поднимают кузов до положения, когда центр тяжести перейдет за вертикальную ось, после чего кузов поворачивается за счет силы тяжести и возвращается в нормальное положение при работе двух цилиндров, установленных с противоположной стороны.
Кузовы думпкаров с откидывающимся бортом возвращаются в исходное положение под действием собственного веса.
Магистраль опрокидывания питается сжатым воздухом от локомотива. Думпкары выпускаются грузоподъемностью до 100 г.
Установки для разгрузки вагонов. Вагоноопрокиды-в а т е л и служат для разгрузки насыпных материалов из железнодорожных полувагонов и с платформ. Применение вагоноопроки-дывателей ускоряет оборачиваемость подвижного состава и снижает расходы на разгрузку.
Передвижной вагоноопрокидыватель (рис. 181) представляет собой разгрузочную машину, передвигающуюся по железнодорожным путям нормальной колеи. Он состоит из трех частей: собственно опрокидывателя 5 и двух складывающихся наклонных путей 1 и 3, расположенных по обе его стороны и служащих для въезда на опрокидыватель груженых вагонов и откатки пустых.
Перед передвижением опрокидывателя хвостовые части наклонных путей предварительно поворачивают при помощи специального механизма и укладывают на головные части. Постепенное передвижение вагоноопрокидывателя вдоль разгрузочного фронта обеспечивается механизмом с приводом на оси тележки 4 наклонного пути 3. На наклонном пути 1 установлена лебедка для подтягивания вагонов и втягивания их на вагоноопрокидыватель.
Железнодорожная платформа закрепляется на опрокидывателе упорами 2, удерживающими ее на месте при опрокидывании. Меха
210
низм опрокидывания состоит из электродвигателя, тормоза, редуктора с двумя барабанами и полиспаста.
Для придания устойчивости опрокидывателю при работе применена система контргрузов, перемещающихся горизонтально и вертикально. Лебедка опрокидывателя может одновременно подтягивать по горизонтальному прямому участку железнодорожного
а
Рис. 181. Передвижной вагоноопрокидыватель:
а — общий вид; б — схема.
пути 20 вагонов. Груженая платформа подается на опрокидыватель и сталкивает с него пустую.
Вагоноопрокидывателем управляют с двух пультов машинист и его помощник; вспомогательные операции выполняют двое рабочих.
Эксплуатационная производительность опрокидывателя составляет 7—8 четырехосных платформ в час, или 400—500 т/ч.
Бурофрезерная рыхлительная машина (рис. 182) имеет четыре вертикальных рыхлителя, смонтированных в двух блоках на общей раме <?, подвешенной на тросах к станине
211
машины. В каждом блоке установлен на каждые два рыхлителя электродвигатель /. Рыхлитель представляет собой валсфрезой 7. На верхнем конце вала закреплена шестерня 2, получающая вращение от электродвигателя.
Рама перемещается по вертикальным рельсам 4 на четырех двухребордных колесах 5 лебедкой 6. В нерабочем положении она поднимается и фиксируется стопорами.
Перед началом разгрузки под раму подводят платформу или полувагон с материалами, затем раму с вращающимися рыхлителями опускают на смерзшийся нерудный материал, и рыхлители под
Рис. 182. Бурофрезерная рыхли 1ельная установка.
действием собственного веса врезаются и разрыхляют его. После первого прохода по вертикали раму с рыхлителями поднимают лебедкой на высоту 1,5 м, платформу с материалом перемещают маневровой лебедкой на 600—700 мм, после чего рабочий цикл повторяют. Производительность машины 70—100 т/ч.
Машиной управляют с пульта, установленного на высоте, обеспечивающей возможность наблюдения за работой рыхлителей. На пульте смонтирован кнопочный переключатель для управления рабочими движениями машины. С этого же пульта оператор управляет маневровой лебедкой.
§ 31. Оборудование для транспортирования и разгрузки порошкообразных материалов
Цемент транспортируют автоцементовозами, а по железным дорогам — в вагонах-цементовозах и закрытых вагонах.
Автоцементовоз (рис. 183) — это цистерна-полуприцел цилиндрической формы с эллиптическим днищем грузоподъемностью 3,5; 8 и 24 т. Ось цистерны наклонена в сторону разгрузки. Для загрузки 212
цемента в цистерне имеется люк. Цемент подается к разгрузочному отверстию аэроустройством, расположенным вдоль нижней части цистерны. Воздух для пневматической разгрузки цемента поступает от ротационного компрессора, установленного на тягаче.
Рис. 183. Автомобиль-цементовоз.
В нижней части цементовоза устроена специальная микропористая перегородка/, через поры которой подаваемый компрессором по трубопроводу 2 сжатый воздух проникает в цистерну тонкими струйками. Цемент при этом разрыхляется и течет к разгрузочному отверстию 3 цистерны. Воздух, проникающий сквозь толщу цемента, аккумулируется в верхней части цистерны, образуя воздушный пресс, под воздействием которого цемент поступает из цистерны в транспортный трубопровод 4 и подается в башню (силос) 5.
Вагон-цементовоз. Емкость цистерны вагона-цементовоза (рис. 184) 60 Л!3. Внутри цистерны находится аэроустройство, в ее верхней части имеется люк с откидной крышкой
Сжатый воздух подается так же, как и в цилиндры думпкаров. При разгрузке вагона-цементовоза сжатый воздух поступает к аэ-ролоткам, проходит через пористый материал и аэрирует цемент, который стекает по наклону лотков к разгрузочному отверстию и далее по трубопроводу в склад на расстояние 25 м по вертикали и 50 м по горизонтали.
Рис. 184. Вагон-цементовоз.
для осмотра, чистки и ремонта.
213
Цементовозы можно использовать и для перевозки других пылевидных материалов (кальцинированной соды, фосфоритной муки, металлургической пыли, заполнителя для асфальтобетона, алебастра и т. п.).
Для разгрузки бестарного цемента, доставляемого в закрытых железнодорожных вагонах, служат винтовые и вакуумные разгрузчики.
Винтовой пневматический разгрузчик. Принцип действия пневматического разгрузчика с подгребающими дисками (рис. 185) заключается в следующем. Подгребающие диски (один или два) 7 подают цемент, находящийся в вагоне, к первым виткам консольного винта 6, вал 5 которого является продолжением вала двигателя 4.
Рис. 185. Винтовой пневматический разгрузчик для цемента.
Винт имеет переменный шаг витков. По мере уменьшения этого шага выгружаемый материал уплотняется, создавая пробку, препятствующую утечке сжатого воздуха их цементопровода 3 через винт наружу.
Воздух подается по трубопроводу 2 в цементопровод через круглую чугунную форсунку. Создаваемая таким образом смесь воздуха с цементом транспортируется сначала по гибкому, а затем по жесткому участкам цементопровода в бункер.
Разгрузчик передвигается с помощью двух колес, каждое из которых имеет самостоятельный привод от электродвигателя. Дистанционное управление передним и обратным ходом и поворотом машины осуществляется через ртутный выключатель, который рабочий держит в руках.
Двигатели 1 подгребающих дисков автоматически пускаются в ход основным двигателем 4. При перегрузке основного двигателя остальные выключаются с помощью реле максимального тока.
Производительность разгрузчика при одном подгребающем диске составляет 50—60, а при двух — до 125 т/ч.
Винтовой пневморазгрузчик обеспечивает полную механизацию перегрузочных работ: цемент транспортируется из вагона непосредственно в силос, без промежуточных транспортных установок.
214
Вакуумный разгрузчик (рис. 186) представляет собой стационарную установку, состоящую из заборного устройства с цементо-водом и переносным пультом управления, осадительной камеры с фильтрами и винтом для выдачи цемента и вакуум-насоса для создания разрежения в установке.
Самоходное заборное устройство с присоединенным к нему гибким трубопроводом въезжает в крытый вагон и внедряется в цемент.
С помощью зубчатого рушителя масса цемента разрыхляется, приобретает текучесть, попадает на подгребающие диски и подается ими к всасывающей воронке заборного устройства. Благодаря
разрежению в системе, создаваемому вакуум-насосом, цемент через сопло 6 засасывается и транспортируется по цементоводу (гибкому металлорукаву 5 и металлической трубе 4) в осадительную камеру 9.
В осадительной камере цемент теряет скорость и попадает в бункер, а избыточный воздух через рукавные фильтры 2 отсасывается вакуум-насосом в атмосферу. Под действием
собственного веса цемент Рис. 186. Вакуумный разгрузчик,
из бункера поступает к раз-
грузочному винту S, с помощью которого через обратный самоза-крывающийся клапан 7 выдается в приемные устройства склада
цемента.
Для очистки рукавных фильтров предусмотрена установка механического встряхивающего устройства 1. Перед входом в осадительную камеру установлен металлоуловитель 3, так как в цементе попадаются посторонние металлические предметы.
Производительность вакуумного разгрузчика составляет 90 т/ч.
Правила техники безопасности и охраны труда при работе с погрузочно-разгрузочными машинами предусматривают рабочее перемещение их только по специально подготовленной площадке; перемещение со складов только с установкой рабочих устройств в транспортное положение; постоянное наблюдение за соединениями трубопроводов и системой управления; своевременную проверку рабочих органов и канатно-блочных систем; применение респираторов для рабочих, обслуживающих заборные устройства при погрузке и разгрузке порошкообразных материалов.
215
Вопросы и задания для самопроверки
1. Составьте подробную классификацию погрузочно-разгрузочных машин.
2. Каковы области применения различных погрузочно-разгрузочных машин в соответствии с составленной в вопросе 1 классификацией?
3. Изобразите в виде кинематических схем погрузчики и разгрузочные машины, описанные в учебнике.
4. Как определяют производительность и мощность двигателя погрузчиков непрерывного и цикличного действия?
5. Изложите правила техники безопасности при работе погрузочно-разгрузочных машин.
ЛИТЕРАТУРА
Александров М. П. Тормоза подъемно-транспортных машин. М., «Машиностроение», 1965.
Алферов К. В.,Зенков Р. Л. Бункерные установки.
М., Машгиз, 1965.
Бауман В. А. и др. Строительные машины (справочник).
М., «Машиностроение», 1965.
Вайнсон А. А. Подъемно-транспортные машины. М., Гос-стройиздат, 1959.
Гриневич Г. П. Механизация и автоматизация погрузочно-разгрузочных работ и склады на железнодорожном транспорте. М., Трансжелдориздат, 1962.
Долголенко А. А. Машины непрерывного транспорта.
Л., «Речной транспорт», 1959.
Кифер Л. Г., Абрамович И. И. Грузоподъемные машины. М., Машгиз, 1957.
Поляков Н.С., Штокман И. Г. Основы теории и расчеты рудничных транспортных установок. М., Госгор-техиздат, 1962.
Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов. М., «Металлургия», 1974.
Руденко Н. Ф. Грузоподъемные машины. М., Машгиз, 1957.
Спиваковский А. О., Дьячков В. К. Транспортирующие машины. М., «Машиностроение», 1968.
Фиделев А. С. Грузоподъемное и транспортное оборудование заводов строительных изделий и карьеров. Киев, Госстройиздат УССР, 1961.
Фиделев А. С., Ч у б у к Ю. Ф. Строительные машины. Изд. 3. Киев, «Вища школа», 1971.
Фиделев А. С. Автотракторный транспорт в строительстве. Киев, «Вища школа», 1973.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение...........................................3
Вопросы для самопроверки...........................6
Глава I. Грузоподъемные машины....................7
§ 1. Общие сведения..............................7
§ 2. Специальные детали и узлы грузоподъемных машин.........................................15
§ 3. Механизм подъема.........................38
§ 4. Механизм передвижения...................45
§ 5. Механизм вращения.......................49
§ 6. Домкраты................................52
§ 7. Тали ...................................57
§ 8. Лебедки.................................61
§ 9. Строительные подъемники. Переносные краны-
подъемники .............................65
§ 10. Стреловые стационарные краны............71
§ 11. Башенные краны..........................79
§ 12. Портальные строительные краны..........101
§ 13. Самоходные стреловые краны.............104
§ 14. Мостовые и козловые краны..............113
§ 15. Кабельные краны........................119
§ 16. Устойчивость передвижных стреловых кранов 123
§ 17. Эксплуатация грузоподьемных машин . . .128
Вопросы и задания для самопроверки..............135
Глава II. Транспортирующие машины непрерыв-
ного действия.....................136
§ 18. Общие сведения...........................136
§ 19. Ленточные конвейеры......................138
§ 20. Цепные конвейеры.........................156
§ 21. Ковшовые конвейеры.......................164
§ 22. Роликовые конвейеры......................167
§ 23. Винтовые конвейеры.......................170
§ 24. Вибрационные конвейеры...................172
§ 25. Эксплуатация конвейеров..................174
§ 26. Гравитационные устройства, бункеры, затворы
и питатели...............................176
§ 27. Пневматический транспорт.................183
§ 28. Бетононасосы.............................191
Вопросы и задания для самопроверки.............196
218
Г лава III. Погрузочно-разгрузочные машины , . 197
§ 29. Погрузчики...............................197
§ 30. Машины для разгрузки заполнителей из подвижного состава.................................206
§31. Оборудование для транспортирования и разгрузки порошкообразных материалов . . . 212
Вопросы и задания для самопроверки..............216
Литература . ...................................217
ФИДЕЛЕВ АЛЕКСАНДР САВЕЛЬЕВИЧ
доктор технических наук профессор
ПОДЪЕМНСЬТРАНСПОРТНЫЕ МАШИНЫ
Издание второе» исправленное и дополненное
Допущено Министерством высшего и среднего специального образования УССР в качестве учебника для студентов вузов специальности «Производство строительных изделий и конструкций»
Издательское объединение «Вища школа» Головное издательство
Редактор А. Л. Рожавина
Обложка художника А. Г. Самсонова Художественный редактор А. П. Щербаков Технический редактор Т. И. Мазюк Корректор Т. А. Левицкая
Сдано в набор 10.06.1975 г. Подписано в печать 30.12.1975 г. Формат бумаги 60x901/le. Бумага тип. № I Печ. л. 13,75. Уч.-изд. л. 13,48. Изд. № 2347. БФ 34537. Тираж 20000. Цена 61 коп. Зак. № 5-291.
Головное издательство издательского объединения «Вища школа» 252054, Киев-54, ул. Гоголевская, 7.
Книжная фабрика им. М. В. Фрунзе Республиканского производственного объединения «Полиграфкнига» Госкомиздата УССР, Харьков, Донец-Захаржевская, 6/8.