Применение подъемно-транспортных машин для комплексной механизации производства (стр. 8 из 38)

В расчетах значения КПД блоков обычно принимают независимо от жесткости каната и угла обхвата.

С о п р о т и в л е н и я в п о д в и ж н ы х б л о к а х и К П Д .

Рассмотрим систему с подвижным блоком для выигрыша в силе, имеющую блок 3, ось которого перемещается в пространстве (рис. 5.2, в). Один конец каната неподвижно закреплен на конструкции (точка А), другой конец – на барабане 4. Сила тяжести поднимаемого груза приложена к оси блока. При подъеме груза в

набегающей ветви 1 создается натяжение S₁, а в сбегающей

S₂ = S_max. В идеальном случае (без учета сопротивлений) S₁ = S₂ = F/2. При учете сопротивлений при подъеме груза ветвь каната, набегающая на барабан, должна иметь натяжение S₂ > F/2. При подъеме груза на высоту Н на барабан наматывается канат длиной 2H. Обозначив скорость подъема груза через V, скорость ветви каната, набегающей на барабан через V₀ , находим V₀ =2V. Скорость каната в ветви 1 равна нулю, а в ветви 2 – 2V.

Максимальное натяжение каната с учетом сопротивлений определяют, исходя из следующих соотношений:

при подъеме груза:

S₂ S₁ S₁ S₂

F S₁ S₂ S₂ 1

Smax S2 F 1

Коэффициент полезного действия подвижного блока

FH 1

(5.24)

S₂2H 2

В расчѐтах КПД подвижных и неподвижных блоков принимают одинаковыми.

Во многих кранах по конструктивным соображениям механизм подъема

груза расположен не над крюковой подвеской. В этом случае появляется необходимость в установке между полиспастом и барабаном неподвижных направляющих блоков 1, 2, 3 (рис. 5.3, б, в).

Рисунок 5.3– Схемы одинарных полиспастов.

КПД полиспаста. Для определения максимального натяжения S_max = F ₀ каната при подъеме груза рассмотрим схему на рис. 5.2, в. Сила тяжести поднимаемого груза F приложена к крюку. В состоянии покоя натяжение во всех ветвях каната одинаково

S₁ S₂ S₃ S₄ F/4 (5.25)

При подъеме груза натяжение каждой ветви каната вследствие имеющихся в системе сопротивлений различно (с учѐтом 5.23)

S2 S1 , S3 S2 S1 2, S4 S3 S1 3

Тогда:

F

S₁ (5.26)

В этой формуле выражение в скобках представляет геометрическую прогрессию, определив ее, получим

F

Откуда:

S₁

Коэффициент полезного действия полиспаста:

FH

,

4S₁H

где FH – полезная работа; 4S₁H – затраченная работа. Подставляя в эту формулу (5.26) получим:

(5.27)

4

В полиспасте по рис. 5.2, в кратность U_П= 4, поэтому выражение (5.27) можно записать в общем виде:

(5.28)

5.2. Гибкие грузовые органы.

Стальные проволочные канаты являются основным типом гибких органов, применяемых в грузоподъемных машинах. Они имеют следующие достоинства:

высокую прочность; небольшую погонную массу; гибкость во всех направлениях; возможность работы на высоких скоростях;

бесшумность работы, большие долговечность и надежность; вследствие большой упругости снижают динамические нагрузки в

механизмах и металлоконструкциях.

Существует много различных конструкций стальных канатов, применяемых в зависимости от условий эксплуатации (рис. 5.5).

Канаты изготовляют из высокопрочной стальной проволоки диаметром 0,2–

3 мм ( 1300...2600 МПа); в грузоподъемных машинах применяют канаты с

В

В 1600...2000 МПа, так как при больших повышается жесткость и снижается долговечность. Такая прочность достигается многократным холодным волочением в сочетании с термической и химической обработкой. Длина выпускаемых заводами канатов составляет 250, 500, 1000 м (до 1500 м по специальным заказам). Проволоки на машинах свиваются в пряди, а пряди вокруг сердечника – в канат. Канаты более долговечны, если наружные слои прядей имеют больший диаметр проволоки, однако при этом повышается их жесткость.

Канаты выпускают трех сортов: В (высший), I и II.

Классификация:

п о т и п у с в и в к и : канаты с точечным касанием (ТК) отдельных проволок между слоями при разносторонней свивке; канаты с линейным касанием (ЛК) проволок смежных слоев по всей длине при односторонней свивке; канаты с точечно-линейным касанием (ТЛК), где два слоя проволок свиты в одну сторону, а третий – в противоположную (рис. 5.5);

п о н а п р а в л е н и ю с в и в к и : правая и левая;

п о в и д у с в и в к и : крестовая, где проволоки в прядях свиты в одну сторону, а пряди в канат – в противоположную; односторонняя (параллельная)– направление свивки проволок в пряди и прядей в канате совпадают;

комбинированная, в которой проволоки в пряди свиты во взаимнопротивоположных направлениях, а пряди в канат свиты вправо или влево;

по количеству прядей: одно-, трех-, пяти-, шести-, семи-, восьми- и

восемнадцатипрядные.

На рис. 5.5 приведены следующие типы канатов: а – шестипрядные ТК 6 9, б – шестипрядные ЛК 6 9, в – шестипрядные ЛК-0 6 19, г –восьмипрядные ЛК-Р 8 19, д – шестипрядные ТКЛ-РО 6 36 с металлическим сердечником, е – трехграннопрядные, ж – овальнопрядные, з – плоскопрядные, и – с радиально обжатыми прядями, к – двухслойные 12 7 + 6 19, л – крестовой, м – односторонней, к – комбинированной свивки.

Новые (семипрядные) канаты с центральной металлической прядью на 15% прочнее шестипрядных. Восьмипрядные канаты применяют в кранах с малым диаметром барабана, а также в подъемниках с канатоведущими шкивами.

Рисунок 5.4– Стальные проволочные канаты.

В последнее время разработаны новые конструкции канатов с фасонными прядями: трехгранные, овальнопрядные и плоскопрядные. В этих канатах уменьшаются контактные напряжения в желобах шкивов и повышается их долговечность.

Канаты односторонней свивки имеют меньшую жесткость, больший срок службы (до 50%) по сравнению с канатами крестовой свивки, но им присущ существенный недостаток – самораскручивание. Поэтому такие канаты применяют только в подъемниках.

Исследованиями установлено, что в значительной мере работоспособность каната определяют конструкция и качество сердечников. Сердечники в канате служат опорой прядей, придают канату гибкость и удерживают смазку. В канатах применяют в основном органические сердечники (из растительных волокон – пеньки). Они придают канату гибкость и хорошо удерживают смазку; часто заменяют пеньковые сердечники пластмассовыми.

В канатах, предназначенных для работы в зоне высоких температур, ставят сердечники асбестовые или из мягкой проволоки, при больших динамических нагрузках применяют пружинные сердечники.

При свивке каната проволочки испытывают глубокую упруго-пластическую деформацию. В канате они находятся в напряженно-деформированном состоянии.

Поиски конструкций канатов с меньшими контактными напряжениями привели к созданию канатов с радиально обжатыми прядями , из которых свивают канат высокой прочности (на 15% выше обычной конструкции).

В последнее время все чаще применяют двухслойные канаты с повышенной эластичностью вследствие малого диаметра проволоки (рис. 5.4, к).

При работе стальные канаты испытывают совместное действие напряжений растяжения, кручения, изгиба и контактных. Пока нет практически пригодных теоретических расчетов канатов на долговечность. Экспериментами установлено, что долговечность канатов зависит от соотношения диаметров блока (барабана) и каната ^Ddк и расчетного коэффициента запаса прочности: чем меньше это отношение и запас прочности, тем ниже долговечность каната.

Основными причинами преждевременного выхода каната из строя являются: неправильный выбор конструкции каната, материала ручья блоков, абразивный износ, нерегулярная или некачественная смазка, а также допущение перегрузок и, особенно, динамических воздействий. Перегибы каната на блоках вызывают знакопеременные напряжения и способствуют усталости металла проволок. Особенно сильно снижают долговечность обратные перегибы канатов.