Книга
← К списку книгЗагрузка разделов…
активнаАктивные записи участвуют в каталоге и синках. Неактивная книга скрыта, но не удалена из базы.
Книга
ВВЕДЕНИЕ
Классификация грузоподъемных и транспортных устройств. Внутризаводские, межцеховые и внутрицеховые транспортные операции выполняются грузоподъемными и транспортными устройствами иногда по сложной транспортно-развитой трассе^ представляющей собой горизонтальные, наклонные и вертикальные участки. Характер производственного процесса, его специфические особенности, род и физико-механические свойства перемещаемых грузов определяют тип и конструкцию применяемых грузоподъемных и транспортных устройств.'
При выборе типа конструкции грузоподъемного и транспортного устройства необходимо учитывать: комплексность механизации погрузочно-разгрузочных и транспортных операций на всех этапах производственного процесса, условия сохранности перемещаемого груза; соответствие производительностей транспортных и технологических машин, включенных в один поток, при дальнейшем росте производительности технологических машин без существенной переделки транспортных машин; создание благоприятных условий труда для обслуживающего персонала и другие факторы. Выполнение этих требований в различных отраслях производств привело к созданию разнообразных типов грузоподъемных и транспортных устройств.
Грузоподъемные и транспортные устройства можно разделить по принципу действия на две основные группы: периодического и непрерывного действия (рис. I). 。
Характерной особенностью машин периодического действия является цикличность работы, подача груза порциями, соответствующими грузоподъемности рабочих органов, непосредственно несущих транспортируемый груз по произвольной пространственной трассе. Работа таких машин обычно осуществляется по принципу попеременно-возвратных движений: в одном направлении с грузом, в обратном — без груза. Рабочий орган машин периодического действия загружается и разгружается во время остановки; иногда рабочий орган разгружается во время движения.
Характерной особенностью машин непрерывного действия является перемещение грузов непрерывным потоком по одной строго определенной трассе. Перемещаемый груз (обычно насып-
Рис. 1・ Классификация грузоподъемный и транспортный устройствРис. 1・ Классификация грузоподъемный и транспортный устройств
Рис. 1・ Классификация грузоподъемный и транспортный устройств
Рис. 1・ Классификация грузоподъемный и транспортный устройств
ной) располагается на рабочем органе сплошной непрерывной массой или отдельными порциями в рабочих сосудах (ковшах^ коробках), движущихся поеледовательно. Загрузка и разгрузка рабочих органов таких машин происходит во время их движения.
Грузоподъемные устройства. В зависимости от конструкции механизмов и обслуживаемой зоны гр узо подъемные устройства делят на простые (домкраты, лебедки, тали) и сложные (краны, подъемники).
Домкрат — простейшее грузоподъемное устройство в виде толкателя (винтового, реечного, гидравлического), поднимающее груз на небольшую высоту. Винтовой домкрат (рис. 2) устанавливают под грузом 3. Под действием усилия Ft рабочего на рукоятку 2 рычага вращается винт 1 и происходит подъем или опускание груза. Передаточное отношение только винтовой пары 70 ... 80; при усилии рабочего Ft = 0,1 ... 0,4 кН грузоподъемность винтового домкрата составляет 7 ... 32 кН.
В реечном домкрате (рис. 3) под действием усилия рабочего на рукоятку 3 вращается зубчатая шестерня 2 и рейка / подни-
Рис. 2. Схема винтового домкратаРис. 2. Схема винтового домкратаРис. 3. Схема реечного домкратаРис. 3. Схема реечного домкратаРис. 4. Схема гидравлического домкратаРис. 4. Схема гидравлического домкрата
Рис. 2. Схема винтового домкрата
Рис. 2. Схема винтового домкрата
Рис. 3. Схема реечного домкрата
Рис. 3. Схема реечного домкрата
Рис. 4. Схема гидравлического домкрата
Рис. 4. Схема гидравлического домкрата
Рис. 6. Схема тяговой лебедкиРис. 6. Схема тяговой лебедки
Рис. 6. Схема тяговой лебедки
Рис. 6. Схема тяговой лебедки
мает груз 4. Грузоподъемность реечного домкрата зависит от передаточного отношения зубчатой передачи.
Гидравлический домкрат (рис. 4) представляет собой рабочий цилиндр с поршнем 2 диаметром D для подъема груза /• Насос с поршнем 3 диаметром d нагнетает жидкость в рабочий цилиндр с помощью рычага. Передаточное отношение гидравлического домкрата равно и = D2/d2 и может быть большим при ма、 лых размерах домкрата.
Лебедка — это более сложное устройство — грузоподъемная машина для перемещения груза посредством гибкого элемента. Лебедки бывают тяговые и подъемные. В конструкцию лебедки входит ворот и дополнительная передача в приводе. В вороте (рис. 5) груз 1 поднимается гибким элементом 2 (канатом или цепью), наматываемым на барабан 3. Барабан, закрепленный на валу, вращается с помощью рукоятки 4. Передаточное отноше- ние ворота невелико; оно равно отношению радиуса приводной рукоятки / к радиусу R барабана, поэтому и грузоподъемность ворота незначительна. В лебедках любое тяговое усилие достигается увеличением передаточного отношения дополнительной передачи, устанавливаемой между валом барабана и рукояткой.
В тяговой лебедке 6 (рис. 6) груз / подтягивают гибким элементом 2, наматываемым на барабан 3, который вращается рукояткой 5 через зубчатую или червячную передачу^. Тяговые лебедки используют для перемещения груза по плоскости или по направляющим.
Подъемная лебедка (рис. 7) по конструкции аналогична тяговой. Для подъема свободно подвешенного или движущегося в направляющих груза используют отклоняющий блок 2.
Лебедки изготовляют с ручным и машинным приводом. Лебедки с приводом от электродвигателя называют электролебед
ками.
Рис. 7. Схема подъемной лебедки:Рис. 7. Схема подъемной лебедки:，―груз; 2—отклоняющий иеподвижиай блок; 5 — гибкий элемент (канат); 4 — зубчатая передача; 6—барабан； ^«-рукоятка，―груз; 2—отклоняющий иеподвижиай блок; 5 — гибкий элемент (канат); 4 — зубчатая передача; 6—барабан； ^«-рукояткаРис. 8. Схема тали с ручным приводомРис. 8. Схема тали с ручным приводом
Рис. 7. Схема подъемной лебедки:
Рис. 7. Схема подъемной лебедки:
，―груз; 2—отклоняющий иеподвижиай блок; 5 — гибкий элемент (канат); 4 — зубчатая передача; 6—барабан； ^«-рукоятка
，―груз; 2—отклоняющий иеподвижиай блок; 5 — гибкий элемент (канат); 4 — зубчатая передача; 6—барабан； ^«-рукоятка
Рис. 8. Схема тали с ручным приводом
Рис. 8. Схема тали с ручным приводом
Таль (рис. 8) — компактная машина цикличного действия для подъема и опускания груза, которая состоит из лебедки и тележки. Так как таль располагается выше поднимаемого груза, то при ручном приводе используют цепное колесо 8, которое вращается с помощью бесконечной круглозвенной цепи 9. Цепное колесо через передачу (зубчатую 10 или червячную) приводит во вращение барабан 13 (или звездочку) механизма подъема груза, где используется еще и полиспаст для выигрыша в силе, состоящий из гибкого элемента 11 (каната или цепи) и подвижного блока 12 подвески. Поднятый груз удерживается остановом или тормозом 7. Таль с электрическим приводом ее механизмов называют электроталью. В механизме передвижения тали 6 с ручным приводом цепное колесо 2, вращаемое цепью /, через передачу 3 приводит во вращение приводные колеса 4 тележки, передвигающиеся по монорельсу 5. Тележки выполняют также и о электрическим приводом.
При малой грузоподъемности и небольшой высоте подъема груза тележки тали не имеют приводных колес.
Тали выпускают достаточно большой гр узоподъемности.
Грузоподъемный кран ——машина цикличного действия, предназначенная для подъема и перемещения в пространстве груза, подвешенного с помощью крюка или уд ер ж ив аемого другим грузозахватным органом.
Типовыми крановыми механизмами являются: механизм подъема (лебедка с полиспастом); механизмы передвижения, осуществляющие перемещение крана, тележки или тали; механизм изме- нения вылета путем изменения угла наклона стрелы или переме- 6
Рис. 9. Схема настенного консольного поворотного крана с постоянным вылетомРис. 9. Схема настенного консольного поворотного крана с постоянным вылетомРис. 10. Схема настенного консольного поворотного крана с переменным вылетомРис. 10. Схема настенного консольного поворотного крана с переменным вылетом
Рис. 9. Схема настенного консольного поворотного крана с постоянным вылетом
Рис. 9. Схема настенного консольного поворотного крана с постоянным вылетом
Рис. 10. Схема настенного консольного поворотного крана с переменным вылетом
Рис. 10. Схема настенного консольного поворотного крана с переменным вылетом
щения груза по стреле; механизм поворота для вращения поворотной части крана в горизонтальной плоскости.
Для перемещения штучных или насыпных грузов по пространственной трассе произвольной формы и различной протяженности применяют краны стрелового и мостового типов. У кранов стрелового типа груз подвешен к стреле (с постоянным или переменным вылетом) и находится вне опорного контура крана. К кранам этого типа относят настенные и полноповоротные. Настенный кран (рис. 9) с постоянным вылетом I стрелы, равным расстоянию от оси вращения крана до точки подвеса груза 2 к стреле /, при подъеме груза имеет зону 3 обслуживания, равную (в плане) половине окружности. У такого крана должен быть механизм подъема груза (лебедка) и механизм поворота стрелы.
В настенном кране с переменным вылетом (рис. 10) вылет изменяется перемещением по стреле / тележки 3 с механизмом подъема 2. Обслуживаемая зона 4 в плане — половина круга. Вылет консольного крана может изменяться также путем подъема и опускания стрелы.
Рис. 11. Схема свободностоящего полноповоротного консольного крана на колонне с постоянным вылетомРис. 11. Схема свободностоящего полноповоротного консольного крана на колонне с постоянным вылетом
Рис. 11. Схема свободностоящего полноповоротного консольного крана на колонне с постоянным вылетом
Рис. 11. Схема свободностоящего полноповоротного консольного крана на колонне с постоянным вылетом
У полноповоротного консольного крана (рис. 11) вокруг неподвижной колонны / может поворачиваться металлоконструкция 2 крана. Обслуживаемая зона 3 ——окружность при постоянном вылете и круг при переменном вылете.
Грузоподъемные краны изготовляют стационарными и передвижными.
У кранов мостового типа груз подвешен к движущейся тележке и всегда находится в пределах опорного контура. Краны мостового типа бывают: опорными и подвесными, мостовыми, козловыми и кабельными.
Опорные кран-балки (рис. 12) выпускают относительно невысокой грузоподъемности и с небольшим пролетом L. По главной балке / передвигается механизм 2 подъема, а сам кран передвигается на колесах 3 концевых балок по крановым путям, уложенным на колоннах. Прямоугольная площадь обслуживаемой зоны позволяет перемещать груз в любую точку цеха, над которым установлен кран.
Подвесная кран-балка / (рис. 13) мостового типа движется по путям, подвешенным к строительным конструкциям здания 2. Это дает возможность передавать груз с одной балки на другую без перегрузки, так как концы главной балки не загораживают? концевые балки.
Мостовой кран (рис. 14) — кран, несущие элементы конструкции которого опираются непосредственно на крановый путь, имеет большую грузоподъемность. Главные балки / образуют мостовую конструкцию, по которой передвигается тележка с механизмом 2 подъема груза.
Козловой кран (рис. 15) — кран мостового типа, несущие элементы конструкции которого опираются на крановый путь с помощью опорных стоек, применяют на открытых площадках складов, например, для разгрузки железнодорожных вагонов. По металлоконструкции / крана движется тележка с механизмом 2 подъема. Кран передвигается по рельсам 3.
Кабельный кран (рис. 16) — кран, несущими элементами которого являются канаты 2, закрепленные на опорах 1, По канату движется тележка 3 в механизмом подъема.
Рис. 13. Схема подвесной кран-балкиРис. 13. Схема подвесной кран-балкиРис. 14. Схема мостового кранаРис. 14. Схема мостового крана
Рис. 13. Схема подвесной кран-балки
Рис. 13. Схема подвесной кран-балки
Рис. 14. Схема мостового крана
Рис. 14. Схема мостового крана
Рис. 15. Схема козлового кранаРис. 15. Схема козлового кранаРис. 16. Схема кабельного кранаРис. 16. Схема кабельного крана
Рис. 15. Схема козлового крана
Рис. 15. Схема козлового крана
Рис. 16. Схема кабельного крана
Рис. 16. Схема кабельного крана
Подъемники — грузоподъемные машины цикличного или непрерывного действия для подъема грузов (грузовые) или людей (пассажирские лифты). Они бывают шахтные и скиповые. Грузо- несущими устройствами подъемников являются кабины (клети), платформы и ковши. Шахтный подъемник (рис. 17, а) имеет шахту /, кабину 2，соединенную гибким элементом с лебедкой 3. Направляющие для кабины или грузовой клети размещены внутри закрытой по всей трассе шахты.
Стоечный подъемник (рис. 17, б) состоит из стойки / (несущей конструкции), по которой движется грузовая платформа 2, соединенная гибким элементом с лебедкой 4, Гибкий элемент перекинут через отклоняющий блок 3. В этих подъемниках несущая конструкция имеет направляющие для грузовой платформы. Такие подъемники используют как строительные или подъемники- вышки.
Скиповой подъемник (рис. 18) служит для транспортирования насыпных грузов ковшом 2, движущимся по направляющим 1, форма которых обеспечивает опрокидывание ковша в месте 5 разгрузки. Ковш передвигается.лебедкой 4, гибкий элемент перекинут через отклоняющий блок 3.
Рис. 17. Схема подъемников: а — шахтного： 0 — стоечногоРис. 17. Схема подъемников: а — шахтного： 0 — стоечногоРис. 18. Схема скипового подъемникаРис. 18. Схема скипового подъемника
Рис. 17. Схема подъемников: а — шахтного： 0 — стоечного
Рис. 17. Схема подъемников: а — шахтного： 0 — стоечного
Рис. 18. Схема скипового подъемника
Рис. 18. Схема скипового подъемника
К транспортирующим машинам периодического действия относят рельсовый и безрельсовый наземный внутризаводской транспорт: тележки, кары, погрузчики и промышленные роботы, а также скреперы.
Тележка — устройство наземного безрельсового транспорта представляет собой платформу 2 (рис. 19, а), установленную на колесах / для перевозки груза 3. Ручные тележки передвигают рабочие. В автокарах и электрокарах тележка приводится в движение двигателем (внутреннего сгорания или электрическим).
Погрузчики 2 (рис. 19, б) — машины, оборудованные рабочими органами для погрузки,' разгрузки и штабелирования грузов, снабжены машинным приводом (автопогрузчик или электропогрузчик). Погрузчики имеют вилы 4 для захвата штучных грузов 3 или ковш для насыпных грузов.
Скрепер — рабочий орган (ковш) канатно-скреперных установок, применяемых для захвата, загрузки или разгрузки сыпучих грузов. На рис. 19, в приведена схема простейшего скрепера —— механической лопаты. Лебедка 5 с канатом 6 передвигает ковш 7 с грузом 8.
Промышленный робот-манипулятор (рис. 19, г) используют вместо человека для выполнения однообразных и утомительных погрузочно-разгрузочных работ технологического процесса массового производства. Робот состоит из корпуса 9, устройств управления и передвижения с манипулятором /0 для захвата и перестановки груза.
К транспортирующим машинам непрерывного действия с тяговым органом относят машины, в которых грузонесущим и тя го- вым элементом служат лента, цепь или канат. Груз непрерывным потоком перемещается на тяговом элементе или на устройствах, прикрепленных к нему.
Ленточный конвейер (рис. 20, а) состоит из приводного 4 и натяжного / барабанов с лентой 2, на которой транспортируется
Рис. 20. Схемы конвейеров:Рис. 20. Схемы конвейеров:
Рис. 20. Схемы конвейеров:
Рис. 20. Схемы конвейеров:
а — ленточного; б — пластинчатого цепного; в ^- скребкового цепного; в — ковшового цепного; d — ковшового (люлечного)
груз 3. Тяговое усилие от приводного барабана к ленте передается трением в результате натяжения ее натяжным барабаном.
В цепных конвейерах тяговым элементом является цепь, тяговое усилие от звездочки к цепи передается в результате зацепления. Для транспортирования груза на цепь крепят специальные устройства: пластины (рис. 20, б), скребки (рис. 20, в), ковши (рис. 20, г), люльки (рис. 20, 5), ступени (рис. 21) и подвески (рис. 22).
У пластинчатого конвейера (см. рис. 20, б) приводные 4 и натяжные / звездочки охвачены цепью 6, к которой прикреплены пластины 5 для транспортирования груза 3. У скребкового конвейера (рис. 20, б) имеются также приводная 4 и натяжная / звездочки с цепью 6, к которой прикреплены скребки 7. В этом случае груз 3 движется по желобку. Ковшовый конвейер (см. рис. 20, а) используют для жидких и сыпучих грузов, которые помещаются в ковшах 8. У люлечного конвейера (рис. 20, 5) имеются люльки 9 для транспортирования груза. У эскалатора (рис. 21) метро на цепи укреплены ступени / для перемещения людей.
Подвесной конвейер (рис. 22, а) состоит из подвесного пути / и непрерывно движущейся цепи 3 с прикрепленными подвесками с грузом 2. Груз загружают и разгружают на ходу или останавливают весь конвейер. В толкающем конвейере (рис. 22, б) по подвесному пути / передвигаются」
тележки с грузом 2 только тог-/~
да, когда толкатели цепи 3 за- ценятся за тележки. В против- ном случае при непрерывно дви- жущейся цепи тележки с грузом будут стоять на месте; это удобно При сборочных операциях. Рис. 21. Схема эскалатора
Рис. 22. Схемы подвесных конвейеров:a Q Ррузонеаущего цепного； 0』толкающегоРис. 22. Схемы подвесных конвейеров:a Q Ррузонеаущего цепного； 0』толкающегоРис. 23. Схема элеваторов:
Рис. 22. Схемы подвесных конвейеров:
a Q Ррузонеаущего цепного； 0』толкающего
Рис. 22. Схемы подвесных конвейеров:
a Q Ррузонеаущего цепного； 0』толкающего
а — ленточного ковшового； 0 — цепного люлечного
Элеватор — устройство непрерывного транспортирования груза в вертикальном или наклонном направлении. Тяговым элементом служит лента или цепь. Ковшовый ленточный элеватор (рис. 23, а) состоит из приводного / и натяжного 4 барабанов, к ленте 3 прикреплены ковши 2 для груза. В нижнем положении
ковши загружаются, а в верхнем разгружаются. У цепного элеватора (рис. 23, б) имеются приводная / и натяжная звездочки 4, к цепи 3 прикреплены ковши 2 для груза.
К транспортирующим машинам непрерывного действия без
тягового органа относят гравитационный транспорт, роликовые, винтовые и инерционные конвейеры, а также пневматический и гидравлический транспорт.
Гравитационный транспорт имеет вид наклонных и винтовых спусков, по которым под действием сил тяжести груз спускается. Наклонный спуск (рис. 24, а) состоит из двух участков. На участке 1 с большим углом наклона груз 2 движется с заданной скоростью, а на участке 3 замедляет движение и останавливается на участке 4. Винтовой спуск (рис. 24, б) используют для этого же, но горизонтальные размеры его меньше.
Роликовый конвейер (рис. мещение груза 2 происходитРоликовый конвейер (рис. мещение груза 2 происходитРис. 24・ Схемы гравитационных спусков:Рис. 24・ Схемы гравитационных спусков:а — наклонного; 0 —• винтового] / — груз； 2 — рабочий участок винтового спус ка; 8 в участок для остановки грузаа — наклонного; 0 —• винтового] / — груз； 2 — рабочий участок винтового спус ка; 8 в участок для остановки грузаS, а) — конвейер, на котором пере- по вращающимся роликам /, оси которых укреплены на раме конвейеров. Такие конвейеры используют для перемещения груза g высокой температурой, например, в прокатных станах. Винтовой конвейер (рис. 25, б) — конвейер, у которого перемещение груза 2 в корпусе 3 производится валом (винтовыми лопастями 4). Для штучных грузов используют двухвинтовые конвейеры (с левой и правой нарезкой). При встречном их вращении и параллельном рас-
Роликовый конвейер (рис. мещение груза 2 происходит
Роликовый конвейер (рис. мещение груза 2 происходит
Рис. 24・ Схемы гравитационных спусков:
Рис. 24・ Схемы гравитационных спусков:
а — наклонного; 0 —• винтового] / — груз； 2 — рабочий участок винтового спус ка; 8 в участок для остановки груза
а — наклонного; 0 —• винтового] / — груз； 2 — рабочий участок винтового спус ка; 8 в участок для остановки груза
Рис. 25. Схемы конвейеров:
a Q роликового； 0 — винтового
положении штучный груз перемещается по поверхности винтов
вдоль их оси вращения.
Винтовая транспортирующая труба (рис. 26) состоит из вращающейся трубы / с винтовыми лопастями 2， которыми груз 3 передвигается вдоль оси трубы. Труба вращается на роликоопо- рах 4, Примером винтовой транспортирующей трубы является обжиговая печь в цементной промышленности.
Качающийся конвейер представляет собой подвешенный или опирающийся на неподвижную раму желоб, который совершает колебательные движения для перемещения находящегося в нем груза. Качающиеся конвейеры бывают инерционные и вибрационные. У инерционного конвейера (рис. 27, а)——качающегося конвейера, в котором перемещение груза осуществляется силами инерции без отрыва от желоба, приводной кривошип 3 вращается равномерно, а шарнирные стойки 2 совершают неравномерные качательные движения с желобом / — в одну сторону с меньшей скоростью, чем в другую. Поэтому груз движется в одном направлении (в сторону движения платформы с меньшей скоростью) по инерции. У инерционного конвейера частота качания малая (1,7 ... 3,3 Гц), а амплитуда большая. У вибрационного конвейера, наоборот, частота качаний большая (50 Гц), а амплитуда ——малая. Вибрационный конвейер (рис. 27, 6)——качающийся конвейер, в котором перемещение груза происходит микробросками с отрывом части груза от желоба, приводится в движение вибратором 4, а на упругих стойках 2 крепится платформа /, по которой движется груз.
Пневматический и гидравлический транспорт — способ перемещения твердых и сыпучих грузов в потоке воздуха или жидкости. При пневматическом транспортировании (рис. 28) перемещение груза осуществляется по трубопроводу / к месту разгрузки 2 в потоке воздуха. Из грузоотделителя загрязненный воздух поступает в пылеотделитель 3. После очистки воздух через трубо
провод подводится к вакуумному насосу и выбрасывается в атмосферу через патрубок 4.
Рис. 26. Схема транспортирующей трубыРис. 26. Схема транспортирующей трубыРежим работы грузоподъемных и транспортных устройств. При выборе грузоподъемных и транспортных устройств необходимо учи-
Рис. 26. Схема транспортирующей трубы
Рис. 26. Схема транспортирующей трубы
Рис. 27. Схемы конвейеров:a q ннерцнонного; 6 — вибрационногоРис. 27. Схемы конвейеров:a q ннерцнонного; 6 — вибрационного
Рис. 27. Схемы конвейеров:
a q ннерцнонного; 6 — вибрационного
Рис. 27. Схемы конвейеров:
a q ннерцнонного; 6 — вибрационного
тывать характер и свойства грузов, направление и длину пути транспортирования, необходимую производительность, а также характер и особые условия производственного процесса, которые влияют на режим их работы.
Основным параметром гр узо подъемных машин является их грузоподъемность, характеризуемая массой номинального рабочего груза, на подъем которого рассчитана машина. Номинальная грузоподъемность, включая массу сменных грузозахватных органов и приспособлений, характеризует инерционные и гравитационные свойства транспортируемого груза и не зависит от? ускорения свободного падения в месте действия машины.
Сила тяжести (сила притяжения тела к земле) зависит от ускорения свободного падения в месте действия машины и измеряется в ньютонах. Вес тела ——это сила, с которой тело воздействует на опору или подвес. Если тело и опора неподвижны относительно земли, то вес тела равен силе тяжести. При подъеме с ускорением вес тела больше силы тяжести, а при спуске с ускорением вес тела меньше силы тяжести.
Основной характеристикой транспортирующих машин является массовая (т/ч) или объемная (м3/ч) производительность Q.
При любом способе перемещения груза возникают сопротивления, препятствующие его движению. Силу 尸加 действующую в направлении движения и сообщающую грузу движение с постоянной скоростью V (м/с), называют тяговым усилием. По тяговому усилию и скорости находят мощность (Вт) привода грузоподъемных и транспортных устройств
(1)(1)% =居а
(1)
(1)
Рис. 28. Схема пневматического транспортаРис. 28. Схема пневматического транспортаДля приведения в движение рабочих органов грузоподъемных и транспортных устройств используют приводы двух типов: ручной и машинный. На выбор привода влияют: наличие и возможность использования того или иного вида энергии; грузоподъемность, производительность и режим работы ма-
Рис. 28. Схема пневматического транспорта
Рис. 28. Схема пневматического транспорта
Рис. 29. Механизмы подъема:
а — с ручкам приводом н зубчатой передачей； б а ручным приводом и червячной передачей; в и машинкам приводом
шины; соответствие размеров двигателя требованиям рациональной компоновки машины; удобство управления.
Наиболее простым типом привода является ручной. В настоящее время его применяют только в тех устройствах, которые предназначены для подъема и перемещения небольших грузов с малой скоростью и на короткие расстояния, например в домкратах, монтажных лебедках и талях. Ручной привод могут иметь механизмы подъема, передвижения и поворота. Расчетные зависимости являются одинаковыми для всех типов механизмов.
Схемы механизмов подъема с ручным и машинным приводом приведены на рис. 29. Механизм подъема с ручным приводом (рис. 29, а, б) состоит из ворота (барабана 2, на который наматывается канат с подвешенным к нему грузом /), редуктора 3, тормоза 4 и приводного элемента — рукоятки 5 или тягового колеса, к которому прикладывается усилие Ft рабочего.
В ручном приводе по соотношению моментов Мс и Мр можно определить общее передаточное отношение привода
«О = Мс/(МрП),⑵
где п — КПД передачи.
Момент сопротивления на валу барабана от поднимаемого груза
Мс = КА/2,(3)
где Fp — сила тяжести поднимаемого груза или натяжение гибкого элемента при применении полиспаста; Dq — диаметр барабана.
При расчете ручного привода для механизма передвижения момент сопротивления на валу ходовых колес
⑷⑷Мо = F k^k/2j
⑷
⑷
где FK — сила сопротивления передвижению колеса; DK — диаметр ходового колеса.
При радиусе г рукоятки (колеса) момент, развиваемый рабо 4ЦМ,
(5)(5)Л4р = 2р儿р 尸 ^г,
(5)
(5)
где zp ——число рабочих; fep—коэффициент, учитывающий неодновременность приложения усилий при совместной работе нескольких человек, при двух рабочих fep = 0,8, при четырех рабочих Ар = 0,7.
Ручной привод с рукояткой (рис. 30, а) применяют тогда,
когда ось вращения рукоятки можно расположить на высоте 900 •一 1100 мм от уровня пола. Если приводной вал механизма расположен на значительной высоте, применяют тяговые цепные колеса (рис. 30, б), приводимые во вращение бесконечной круглозвенной цепью. Тяговые колеса имеют направляющие, препятствующие спаданию с них тягового элемента.
В зависимости от продолжительности работы усилие рабочего и скорость его движений изменяются. При непрерывной работе усилие на рукоятке Ft = 80 ... 100 Н, скорость движения руки рабочего пр = 0,9 ... 1,2 м/с; при кратковременной работе Ft = = 200 Н и t/р — 0,5 … 0,6 м/с. При непрерывной работе усилие рабочего на тяговой цепи Ff = 100 ... 160 Н, % = 0,6 ... 1,0 м/с; при кратковременной работе Ft = 300 ... 400 Н, % = 0,3 ・・・ 0,4 м/с. Проверку элементов ручного привода на прочность проводят на возможное усилие, равное весу рабочего (800 Н).
Главным недостатком ручного привода является то, что сила, прикладываемая рукой человека, невелика, а следовательно, мощ
ность привода незначительна и зования сильно ограничена. Так, со стандартной рукояткой при ставляет N =凡,％ = 100*1 =ность привода незначительна и зования сильно ограничена. Так, со стандартной рукояткой при ставляет N =凡,％ = 100*1 =возможность его исполь- мощность ручного привода непрерывной работе со-
ность привода незначительна и зования сильно ограничена. Так, со стандартной рукояткой при ставляет N =凡,％ = 100*1 =
ность привода незначительна и зования сильно ограничена. Так, со стандартной рукояткой при ставляет N =凡,％ = 100*1 =
100 Вт.
Рис. 30. Приспособление для ручного привода:Рис. 30. Приспособление для ручного привода:а — приводная рукоятка; 0 金 тяговое цепное ко лесоа — приводная рукоятка; 0 金 тяговое цепное ко лесоВ настоящее время все большее применение находит машинный привод. Привод от двигателей внутреннего сгорания и паросиловой установки чаще всего применяют тогда, когда отсутствует электроэнергия. Гидравлический
Рис. 30. Приспособление для ручного привода:
Рис. 30. Приспособление для ручного привода:
а — приводная рукоятка; 0 金 тяговое цепное ко лесо
а — приводная рукоятка; 0 金 тяговое цепное ко лесо
привод используют в автомобильных и тр актор ных прицепах (для опрокидывания кузова), в погруз-
чиках навесного типа, а также в системах управления механизмами грузоподъемных и транспортных машин. Пневматический привод применяют во взрывоопасных помещениях и там, где имеется подвод сжатого воздуха для нужд основного производства.
Из машинных приводов наибольшее распространение получил электрический. Типовой механизм подъема грузоподъемных машин показан на рис. 29, в. При подъеме груза на барабан 2 наматывается тяговый элемент, который с блоком 6 образует полиспаст. Через редуктор 3 вал барабана 2 получает вращение от электродвигателя. Поднятый груз удерживается от падения тормозом 4, установленным на шкиве муфты электродвигателя.
Электрический привод является наиболее прогрессивным благодаря высокому КПД, возможности применения двигателей для каждого механизма» удобству управления и постоянной готовности к работе, возможности пуска двигателей под нагрузкой, так как они допускают значительную кратковременную перегрузку, удобству реверсирования, простоте подвода электроэнергии и невысокой ее стоимости.
В грузоподъемных машинах более удобными для использования являются двигатели постоянного тока (серии ДП), которые имеют повышенные пусковые моменты и позволяют регулировать скорость в широких пределах. Однако применение двигателей постоянного тока требует наличия специальных устройств (выпрямителей), преобразующих переменный ток в постоянный. Поэтому преобладающее применение нашли асинхронные электродвигатели переменного тока (трехфазные). Электродвигатели переменного тока выпускают с короткозамкнутым ротором и контактными кольцами. Электродвигатели с короткозамкнутым ротором включают непосредственно в сеть, поэтому в период включения пусковой ток в 4 ... 6 раз превышает номинальный при установившемся движении, т. е. такие двигатели имеют повышенные пусковые моменты. Двигатели с контактными кольцами, как и двигатели постоянного тока, включают в сеть с помощью регулируемых сопротивлений. Вследствие этого имеется возможность плавного изменения крутящего момента и частоты вращения ротора электродвигателя.
Для грузоподъемных машин, ввиду повторно-кратковременного режима их работы (частые пуски и остановки), применяют крановые трехфазные электродвигатели типа МТ с контактными кольцами или типа МТК с короткозамкнутым ротором.
Кроме специальных крановых электродвигателей, применяют асинхронные двигатели общепромышленных типов. Так, для привода кран-балок и подъемников широко используют асинхронные электродвигатели с повышенным скольжением ротора (тип АС и А ОС) и электродвигатели с фазовым ротором (тип АК у АО К), а для транспортирующих устройств непрерывного действия с тяговым органом — электродвигатели с повышенным пусковым моментом (тип АР и АОР).
1. Соотношение между режимами работы механизмов по правилам Госгортехнадзора и по ГОСТ 25835—83
Группа режима работы механизмов
Клаео непольвовання1М ... 6М а классом нагружения
В1 ... В4
по Правилам
по ГОСТ 25835—83
В1 при
В2 при
ВЗ при К =
В4 прн
Госгортехнадзо-
(норма времени работы
К = АО
=0,125 ...
к =
ра
механизма, <з)
0,125
0,250
0,500
—и,ьии …1
АО (до 800)
Ш
1М
IM
2M
Легкий (Л)
А1 (800... 1 600)
1М
1М
2M
ЗМ
А2 (1 600 …3 200)
1М
2M
ЗМ
4M
АЗ (3 200 ... 6 300)
2M
ЗМ
4М
5M
Средний (С)
А4 (6 300 ... 12 500)
зм
4М
5М
6М
Тяжелый (Т)
А5 (12 500 …25 000)
4M
5M
6М
—
Весьма тяжелый (ВТ)
Аб (25 000 …50 000)
5M
6М
—
Характер работы G номинальным
Очень
Доволь-
Часто
Регу-
грузом
редко
но часто
лярно
Максимальный вращающий момент выбранного двигателя должен быть меньше пускового (включающего как момент статического сопротивления, так и моменты инерции вращающихся и поступательно движущихся масс груза и механизмов), определенного для заданного режима работы с номинальным грузом.
Грузоподъемные и транспортные устройства рассчитывают в три этапа: сначала определяют производительность, затем проводят силовой расчет и только потом рассчитывают прочность деталей машины.
Расчет производительности позволяет определить количество груза, которое может перемещать грузоподъемная или транспортирующая машина в единицу времени. Производительность (т/ч) грузоподъемной машины
Q = пц/ир = (3600//J %, (6)
где Иц — число рабочих циклов машины за 1 ч; тР — номинальная масса поднимаемого груза, т； /ц—продолжительность одного цикла, с.
При силовом расчете определяют необходимые мощности двигателей всех механизмов, а также усилия, воспринимаемые и передаваемые деталям проектируемого устройства. Нагрузки, которые необходимо учитывать при расчете механизмов, вычисляют для двух состояний — для полного использования грузоподъемности при номинальном режиме работы и для полного использования грузоподъемности при резких пусках и торможениях.
Расчет на прочность позволяет определить размеры деталей в проектном расчете. Выбирая материал и допускаемые напряжения при проверочном расчете, необходимо учесть требования, предъявляемые к грузоподъемным или транспортным устройствам: обеспечение безопасности людей, сохранность груза и целости 18
машины; влияние ударной нагрузки, появляющейся при сильно ослабленном канате, влияние режима работы механизма и т. д.
Нормы и правила, обязательные при конструировании, расчете и эксплуатации грузоподъемных и транспортных устройств, установлены в СССР законодательным путем, а разработка правил и контроль за их выполнением возложены на Госгортехнадзор.
Кроме Правил Госгортехнадзора, имеются и ГОСТы. Так, ГОСТ 25835—83 по условиям эксплуатации разделяет механизмы на шесть групп режимов работы 1М ... 6М, определяемых сочетанием семи классов использования АО ... Аб и четырех классов нагружения В1 ... В4 (табл. 1).
Класс использования определяется временем работы механизма за срок службы от 800 до 25 ... 50 тыс. % а класс нагружения определяется коэффициентом нагрузки
К =
где Pi ——нагрузка, действующая на механизм за период времени в течение всего срока службы; Fmax —— наибольшая нагрузка за рабочий цикл；乙 —— продолжительность времени действия нагрузки 尸*£力——суммарное время действия нагрузок за весь срок службы.
К группам режимов работы относят примерно следующие механизмы:
1М — краны с ручным приводом, стреловые самоходные краны;
2М — редко используемые краны с электроталью и мостовые краны;
ЗМ — краны с электроталью общего назначения и настенные краны;
4М — краны с электроталью литейных цехов и консольные краны на колонне;
5М — литейные краны и консольные передвижные краны литейных цехов;
6М — краны с автоматическим грузозахватным органом.
В зависимости от условий эксплуатации все механизмы грузоподъемных машин имеют различные режимы работы.
Весьма тяжелый режим работы является следствием высоких требований, предъявляемых к производительности машины. При этом режиме увеличиваются как загрузка механизма, так и скорости движений, повышаются динамические перегрузки неустано- вившегося движения (разгон и замедление), что отрицательно сказывается на надежности механизма или машины.
Таким образом, от режима работы механизма зависит выбор как коэффициентов запаса прочности его деталей, так й параметров приводного двигателя, тормозного устройства и системы управления механизмами.
При расчете механизма и металлических конструкций различие в режиме работы учитывают коэффициентом К нагружения,
ориентировочные значения которого приведенв! в табл. 1. При расчете деталей на выносливость необходимо исходить из суммарного времени работы механизма АО ... Аб за полный срок его службы и характера изменения нагрузки в течение рабочего цикла. Желаемый срок службы механизма tL = 15 ... 25 лет.
Рассчитывая на усталость детали механизма за весь срок ее службы учитывают общее число нагружений:
f = 60 Л(а... 6)л,
где л ——частота вращения или среднее число нагружений детали в минуту; Л(0 ... 6)см. табл. 1.
Грузоподъемные и транспортные устройства, в первую очередь грузоподъемные, во время работы могут представлять опасность для обслуживающего персонала и лиц, находящихся в зоне их действия. Поэтому при изготовлении основных грузоподъемных машин (кранов, подъемников и др.) и некоторых транспортирующих машин (эскалаторов) запасы прочности в наиболее ответственных механизмах, а также правила их эксплуатации регламентируются государственным законодательством. Разработка новых положений и надзор за их выполнением осуществляется Госгортехнадзором СССР во всех отраслях промышленности.
Госгортехнадзор СССР ведет работу на местах через своих инспекторов, контролирующих как заводы-изготовители, так и предприятия, э кспл уати р ующие грузоподъемные устройства. Главная цель мероприятий по технике безопасности — сделать труд рабочих безопасным и способствовать лучшему использованию машин, уменьшению простоев и повышению производительности труда.
Техника безопасности предусматривает мероприятия, направленные на устранение .причин производственного травматизма, овладение безопасными приемами работы и организацию содержания машин, обеспечивающую безопасность работы.
Каждое новое подъемно-транспортное устройство, поступившее в эксплуатацию, должно иметь заводской паспорт и инструкцию по эксплуатации. Для приема машины в эксплуатацию администрация назначает комиссию. Акт приема комиссией служит основным техническим документом, допускающим машину к эксплуатации. Перед пуском в эксплуатацию машине присваивают инвентарный номер, под которым ее регистрируют в специальной книге учета. Ответственность за состояние машины в процессе ее эксплуатации приказом администрации возлагается на инженерно-технического работника соответствующей квалификации. Работу на машине, уход за ней, ежедневное наблюдение, а также текущий ремонт поручают квалифицированным рабочим.
По существующему законодательству грузоподъемные машинг допускают к эксплуатации только в том случае, если они соответствуют требованиям! разработанным Госгортехнадзором и обяза- 20
тельным для всех предприятий, изготовляющих и эксплуатирующих подъемно-транспортные машины.
Безопасная эксплуатация грузоподъемных и транспортных устройств обеспечивается при соблюдении следующих правил технического надзора:
через каждые 10 суток работы машину детально осматривают и проверяют действие всех механизмов;
через каждые 12 мес. независимо от того, работала машина или бездействовала, а также после капитального ремонта производят техническое освидетельствование и испытание машины с составлением акта освидетельствования и отметкой в журнале осмотров.
Периодический контроль исполнения правил по эксплуатации машины и техники безопасности изложен в разделе 5.
Контрольные вопросы
Какие виды промышленного транспорта бывают?
Как классифицируются грузоподъемные и транспортные устройства?
Назовите параметры грузоподъемных и транспортных устройств.
Перечислите виды ручных и машинных приводов.
Назовите этапы расчета грузоподъемных и транспортных устройств.
Назовите режимы работ грузоподъемных и транспортных устройств.
Какие основные задачи Госгортехнадзора?
L ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА
ЭЛЕМЕНТЫ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ УСТРОЙСТВ
Механизмы грузоподъемных устройств состоят из деталей и узлов общего назначения (осей, валов, подшипников, крепежных деталей, передач, соединительных муфт и др.) и из специальных деталей и узлов — гибких элементов (цепей, канатов и лент), рабочих органов (звездочек, блоков, полиспастов, барабанов, грузозахватных устройств, остановов, тормозов, ходовых колес и др.) и станин (металлоконструкций кранов).
ГИБКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
В грузоподъемных машинах гибкие элементы (цепи, канаты) предназначены для подвешивания грузов, а также для приведения в движение механизмов с ручным приводом. Они должны обладать гибкостью, удобно крепиться к рабочим органам, иметь небольшое относительное удлинение под нагрузкой и Др. Кроме этого, они должны удовлетворять общим требованиям, предъявляемым ко всем элементам машин: обладать прочностью, износостойкостью и быть несложными в изготовлении, иметь невысокую стоимость и др.
Цепи. Цепь —гибкое изделие, состоящее из отдельных последовательно соединенных жестких звеньев. По конструкции и способу изготовления цепи делят на сварные, пластинчатые или шарнирные и специальные (из ковкого чугуна, литые и др.). Сварная цепь состоит из овальных взаимно перпендикулярных звеньев (рис. 31, а). Это обеспечивает большую гибкость во всех направлениях и позволяет применять тяговые цепные колеса, звездочки или барабаны малых диаметров — D6 — (20 ... 30) d.
Цепи изготовляют из стальных прутков марок Ст2, СтЗ и сталь 10. Цепи бывают некалиброванные СН (исполнение 2 — отклонение размеров до 10 %) и калиброванные СК (исполнение 1 — отклонение размеров до 3 %). Цепи СН предназначены для работы только на гладком барабане или как чалочные. Цепи СК применяют тогда, когда требуется точность шага цепи для работы со звездочками (см. рис. 30, 6) и барабаном, имеющим специальные гнезда для укладки звеньев цепи.
Рис. 31. Цепи:
а 一 вварная круглоэвенная； б 一 алаатннча*ая
Скорость цепи на барабане допускается не более 1 м/с, на звездочке —не более 0,1 м/с. Это обусловлено изнашиванием звеньев в местах их сопряжения, где они скользят друг по другу.
При растяжении в звеньях цепи возникают напряжения растяжения и изгиба. Учитывая сварную конструкцию звена и недостаточную точность существующих методов расчета напряжений, по нормам Госгортехнадзора каждый вид цепи испытывают на растяжение до разрыва. Разрушающая нагрузка 尸р приводится в каталоге [21. Сварная цепь должна характеризоваться соотношением
Fшах^ц ^ Рр>⑺
где Fmax— максимальное воздействие на цепь при подъеме номинального груза, \ но без учета динамической нагрузки;归口 一 коэффициент запаса прочности цепи (табл. 2).
Пластинчатая цепь (рис. 31, б) состоит из пластин / с отверстиями, в которые вставлены валики 2. Число пластин в одном звене зависит от разрушающей нагрузки и может быть 2 ... 12. Соединение звеньев в пластинчатой цепи шарнирное. Элементы цепи
2. Запасы прочности и тормозного момента грузоподъемных устройств
Устройство
Привод
Режим работы по Правилам Госгортехнадзора
Коэффициент запаса прочности
Коэффициент запаса тормозного момента ，聲
цепи А
каната
*к
kd
Кран
Грузовая лебедка :
Грузовая лебедка и таль
Лебедка для подъема людей
Ручной Машинный
Ручной Машинный
Ручной Машинный
Л с Т и ВТ
3…5
6 ... 8
二
4,5 5
5,5 6
5,5 6
9 9…15
18
20
25
30 ... 35
12
20
16
24 …40
1,75
2 ... 2,5
Рис. 32. Пеньковые канаты: а —. (Х5ыкновенные; б — оборотныеРис. 32. Пеньковые канаты: а —. (Х5ыкновенные; б — оборотныеРис. 33. Сечение стального проволочного каната:丿一проволока； 2 — прядьРис. 33. Сечение стального проволочного каната:丿一проволока； 2 — прядь
Рис. 32. Пеньковые канаты: а —. (Х5ыкновенные; б — оборотные
Рис. 32. Пеньковые канаты: а —. (Х5ыкновенные; б — оборотные
Рис. 33. Сечение стального проволочного каната:
丿一проволока； 2 — прядь
Рис. 33. Сечение стального проволочного каната:
丿一проволока； 2 — прядь
(пластины и валики) изготовляют из углеродистых сталей 40, 45 и 50 и подвергают термообработке. Пластинчатые цепи не допускают изгиба в поперечном направлении, их применяют только со звездочками (рис. 36, е) при скорости не более 0,25 м/с.
Грузовые пластинчатые цепи рассчитывают по формуле (7). Разрывная нагрузка цепи (агрегатная прочность) в целом приведена в каталогах [2]. Значения коэффициента 坛 запаса прочности приведены в табл. 2. Вследствие шарнирного соединения звеньев пластинчатые цепи гибкие и допускают применение рабочих органов (цепных блоков, звездочек и тяговых колес) относительно малых диаметров.
Для обеспечения нормальной работы сварной и пластинчатой цепи в полном зацеплении должны находиться одновременно не менее двух зубьев звездочки.
Канаты. В грузоподъемных устройствах в качестве гибких элементов чаще всего применяют стальные канаты. Пеньковые, хлопчатобумажные канаты (ГОСТ 483—75*, ГОСТ 1088—71*), а также канаты из искусственного волокна используют только для обвязывания груза с целью прикрепления его к крюку механизма подъема. '
Пеньковые канаты состоят из нескольких прядей эллиптического сечения (рис. 32), которые, в свою очередь, свиты из отдельных волокон и нитей. Эти канаты очень гибки, но обладают невысокой прочностью, малым сроком службы из-за воздействия различных разрушающих факторов и влаги.
Для подъема или горизонтального перемещения грузов используют стальные канаты. В специальных конструкциях их применяют в качестве несущих канатов (для кабельных кранов), а также для строповки перемещаемых грузов. Стальные канаты позволяют поднимать груз с большой скоростью, работают они бесшумно. Их изготовляют из высокоуглеродистой стальной светлой или оцинкованной проволоки повышенной прочности марок В, I и II диаметром 0,2 ... 3 мм. В грузоподъемных устройствах с машинным приводом применяют проволочные канаты двойной свивки 24
(рис. 33). Проволоки / свиты в пряди 2, а пряди навиты на органический или металлический сердечник. Различают канаты с точечным касанием проволок между слоями прядей (ТК) и линейным касанием (ЛК). Проволоки, из которых свивают канат, могут быть одинакового или разного диаметра. При разном диаметре проволок в обозначение каната добавляют букву Р, при одинаковом О. Канаты с линейным касанием имеют лучшее заполнение сечения, они более гибкие и износостойкие, чем канаты типа ТК. Однако вследствие односторонней свивки проволок в пряди и прядей в канате они раскручиваются под нагрузкой и требуют подвески груза не менее чем на двух ветвях каната. Для грузоподъемных машин широко применяют канаты ЛК-РО (ГОСТ 7668—80*) и ТЛК-0 (ГОСТ 3079—80*). Канаты типа ТК с крестовой свивкой применяют тогда, когда груз подвешивают на одной ветви (для предотвращения поворота каната с грузом).
Свободные концы каната / (рис. 34) крепят с помощью коуша 2 «заплеткой» (вариант /) или винтовыми зажимами 3 (вариант //).
При наличии абразивной и коррозионной среды предпочтительнее брать канаты, изготовленные из более толстой проволоки. Для уменьшения изнашивания и повреждений канаты покрывают защитным смазочным материалом. Разрушение каната происходит постепенно и обнаружить начавшееся разрушение можно по числу оборвавшихся проволочек на шаг свивки, что позволяет своевременно сменить канат. Число оборванных проволочек определяют визуально или с применением электромагнитного дефектоскопа.
Проволока каната, получаемая методом холодного волочения# маркировочной группы 1470 ... 2268 МПа, в эксплуатации разрушается от усталости. Ввиду сложности конструкции каната определить истинное напряжение в его элементах затруднительно. Многочисленные исследования канатов позволили выявить основные факторы, определяющие предел выносливости проволоки по предельному числу перегибов каната. Этими факторами являются
Рис. 34. Каиатнне стропы:
1 — канат： 2 — коуш; $ — винтовой эажни
3. Канаты Л К-P (ГОСТ 2688—80)
Диаметр каната 乙，
мм
Площадь сечения всех проволок, мм1
Масса 1000 м каи&" та( кг
Маркировочная группа, МПа
147Q
1Б68
1764
I960
Разрывное усилие, кН
4,1
6,55
64,1
9,75
10,85
4,8
8,62
84,4
12,85
13,90
5,1
9,76
95,6
14,60
15,80
5,6
11,90
116,5
15,8
17,80
19,35
6,9
18,05
176,6
24,0
26,30
28,70
8,3
26,15
256,0
34,8
38,15
41,60
9,1
31,18
305,0
41,55
45,45
49,60
9,9
36,66
358,6
48,85
53,45
58,35
11.0
47,18
461,6
62,85
68,80
75,15
12,0
53,87
527,0
71,75
78,55
85,75
13,0
61,0
596,6
76,19
81,25
89,00
97,00
14,0
74,40
728,0
92,85
98,95
108,00
118,00
15,0
86,28
844,0
107,00
114,50
125,55
137,00
16,5
104,61
1025,0
130,00
139,00
152,00
166,00
18,0
124,73
1220,0
155,00
166,00
181,50
198,00
19,5
143,61
1405,0
179,50
191,00
209,00
228,00
21,0
167,03
1635,0
208,00
222,00
243,50
265,50
максимальное натяжение каната и деформация изгиба, зависящая от отношения диаметра блока или барабана к диаметру каната. По Правилам Госгортехнадзора по максимальному рабочему усилию 户max ветви каната и коэффициенту kK запаса прочности каната (см. табл. 2) определяют необходимое разрывное усилие при растяжении каната
^тах&н《&, (8)
по которому подбирают диаметр каната (табл. 3).
Для обеспечения долговечности выбранного каната по Правилам Госгортехнадзора определяют минимально допустимый диаметр блока или барабана, ограничивающий напряжение изгиба каната:
(9)(9)D(5》"瓦4|,
(9)
(9)
где kd—коэффициент запаса прочности каната, который принимают в зависимости от типа грузоподъемного устройства и режима работы (см. табл. 2).
РАБОЧИЕ ОРГАНЫ
К рабочим органам грузоподъемных машин относят узлы и детали, воспринимающие усилия от гибких элементов: блоки, звездочки, полиспасты, барабаны, грузозахватные устройства, остановы, тормоза и ходовые колеса. Блоки и звездочки служат для изменения направления движения гибкого элемента.
4尸4尸Рис. 35. Канатный блок: / •— ступица： 2 — ободРис. 35. Канатный блок: / •— ступица： 2 — ободВ отдельных случаях блок (канатоведущий) может служить для передачи крутящего момента от вала к гибкому элементу или наоборот. Канатоведущие блоки, передающие крутящий момент, имеют на ободе клиновидные желоба.
4尸
4尸
Рис. 35. Канатный блок: / •— ступица： 2 — обод
Рис. 35. Канатный блок: / •— ступица： 2 — обод
Направляющие блоки для больших нагрузок бывают чугунные, реже — стальные (сварные или литыeJ (рис. 35). Диаметры блоков должны соответствовать отношению D6/dK, принятому при расчете каната на прочность.
Для стальных канатов профиль канавок на ободе блока выполняют таким, чтобы канат ложился в желобок плотно, без лишних зазоров, но не заклинивался в нем. Для обеспечения этих условий радиус дна желоба канатного блока г = (0,6 ... 0,7) dK, глубина желоба Лк = (1,5 ... 2) 4 и ширина желоба В^ = (1,6 ... 3)dK.
Цепные колеса и звездочки для сварных калиброванных и для пластинчатых цепей показаны на рис. 36. Для сварных некалиброванных цепей применяют блоки с гладким профилем канавок на ободе. Диаметр De окружности звездочки для калиброванной сварной цепи, на котором располагаются центры поперечных сечений звеньев, зависит от шага цепи 力 диаметра d цепного звена и числа z зубьев.
Из треугольника ОВС (рис. 36) с углом а/2 = 1807г
Минимальное число зубьев звездочки для калиброванной круглозвенной сварной цепи ^mln》4. Для ограничения изгиба звеньев цепи диаметр звездочки при ручном приводе D6》20d, при машинном приводе Dq》30d. Аналогично диаметр звездочки для пластинчатых цепей
Для пластинчатых цепей g ручным приводом принимают минимальное число зубьев гга1п = 6 ... 8.
Методы расчета размеров и построения профиля зубьев ведущих звездочек с ячейками для круглозвенных цепей приведен^ в ГОСТ 13561—82 (СТ СЭВ 1593—79).
Звездочки для пластинчатой цепи изготовляют из проката (сталь Ст4, Ст5) или отливают. Они представляют собой зубчатые колеса, зубья которых входят между пластинами цепей, соприкасаясь с валиками шарниров. Профиль зубьев звездочки пластинчатой цепи строят по ГОСТ 592—81* (СТ СЭВ 2643—80).
а, б — круглозвенноб цепи; а ■ пластинчатой цепи
Полиспасты. Полиспаст ——грузоподъемное устройство из нескольких подвижных и неподвижных блоков, огибаемых гибким элементом. Канаты и блоки используют в простейших грузоподъемных устройствах. При подъеме груза / (рис. 37, а) с использованием неподвижно закрепленного блока 4 натяжение сбегающей ветви J7。каната 2 складывается из усилия, необходимого для подъема груза Fr, и сопротивлений FK перегибу от жесткости каната, а также сопротивлений F^ от трения подшипников блока:
凡=a +几+尸6・
Жесткость каната при сгибании на блоке проявляется в том, что расстояние от оси 3 ручья блока до средней линии каната на набегающей ветви увеличивается, а на сбегающей уменьшается по сравнению с номинальным радиусом блока D6/2; натяжение сбегающей ветви каната увеличивается на 尸耳= Fr (bla — 1)比 比凡(0,010,02).
При отношении диаметра оси к диаметру ручья блока dlDG = =1/6 и коэффициентах трения скольжения f = 0,1 и качения fH = 0,02 сопротивление от трения в подшипниках блока
Fq = 2Fr/Hd/D6 q 尸р (0,03 ... 0,06).
КПД блока с подшипниками скольжения т)п = Fr/Fc 比 j^ (0,94 ... 0,96), а с подшипниками качения “口 — 0,97 ... 0,98.
28
Натяжение перекинутого через неподвижный блон каната 笃= ^ Рr^Tln*
Применение системы блоков (с подвижными и неподвижными осями), связанных гибкими элементами, привело к созданию полиспастов. Полиспасты могут быть самостоятельными грузоподъемными устройствами (рис. 38) или входить в состав механизмов грузоподъемных машин.
Полиспаст — устройство для подъема или подтягивания груза, состоящее из неподвижных / и подвижных блоков 2, огибаемых гибким элементом 3 (канатом или цепью), смонтированных в обоймах. Груз / (рис. §7$ б) крепят к крюку нижней подвижной обоймы, которую обычно называют крюковой подвеской. Крюковая подвеска 6 о канатом 2 и барабаном 5 образуют полиспаст второго типа, т. е. входящий в механизм подъема грузоподъемного устройства. Основной характеристикой полиспаста является кратность %. Ее определяют при одинарном барабане по числу ветвей каната» на которых подвешен груз. При сдвоенном барабане (рис. 39) кратность полиспаста равна половине числа ветвей каната, на которых подвешен груз. Подвеска / двумя ветвями каната 2 (цепью) соединена со сдвоенным барабаном 3, число рабочих участков на барабане z6 = 2.
Полиспаст используют для выигрыша в силе (см. рис. 37, б и 39) и, реже, выигрыша в скорости (см. рис. 37, в). Полиспаст для выигрыша в скорости применяют, например, в погрузчиках^ где при небольшом ходе Н гидроцилиндра 7 и относительно тлалрй
Л6)"гЛ6)"гРис. 37. Механизма подъема грузов с полиспастом:Рис. 37. Механизма подъема грузов с полиспастом:а — неподвижные отклоняющий блок; 6 —1 полиспаст для выигрыша в силе одкнар- иого барабана; a i полиспаст для выигрыша в скоростиа — неподвижные отклоняющий блок; 6 —1 полиспаст для выигрыша в силе одкнар- иого барабана; a i полиспаст для выигрыша в скорости
Л6)"г
Л6)"г
Рис. 37. Механизма подъема грузов с полиспастом:
Рис. 37. Механизма подъема грузов с полиспастом:
а — неподвижные отклоняющий блок; 6 —1 полиспаст для выигрыша в силе одкнар- иого барабана; a i полиспаст для выигрыша в скорости
а — неподвижные отклоняющий блок; 6 —1 полиспаст для выигрыша в силе одкнар- иого барабана; a i полиспаст для выигрыша в скорости
Рис. 38. Схемы полиспаста с блоками, расположенными в одни ряд (а), и полиспаста с блоками, расположенными иа общих горизонтальных осях (б)Рис. 38. Схемы полиспаста с блоками, расположенными в одни ряд (а), и полиспаста с блоками, расположенными иа общих горизонтальных осях (б)
Рис. 38. Схемы полиспаста с блоками, расположенными в одни ряд (а), и полиспаста с блоками, расположенными иа общих горизонтальных осях (б)
Рис. 38. Схемы полиспаста с блоками, расположенными в одни ряд (а), и полиспаста с блоками, расположенными иа общих горизонтальных осях (б)
скорости его движения высота / подъема груза увеличивается в in раз, и во столько же раз скорость подъема груза возрастает.
Наибольшее распространение получили полиспасты для выигрыша в силе, где при неподвижном грузе натяжение канатов уменьшается в % раз: Л = Fr/(z6in). При подъеме груза за счет потерь в блоках натяжение канатов увеличивается; оно максимально в месте набегания каната на барабан:
Fmax =(吊 + 尸口)/師Л加)。(10)
Рис. 39. Полиспаст сдвоенного барабана механизма подъема с длинной (а) и короткой (6) крюковой подвескойРис. 39. Полиспаст сдвоенного барабана механизма подъема с длинной (а) и короткой (6) крюковой подвеской
Рис. 39. Полиспаст сдвоенного барабана механизма подъема с длинной (а) и короткой (6) крюковой подвеской
Рис. 39. Полиспаст сдвоенного барабана механизма подъема с длинной (а) и короткой (6) крюковой подвеской
30
В то же время скорость каната, навиваемого на барабан, увеличится в in раз по сравнению со скоростью подъема груза:
。6 = ^Г^П'(11)
Во столько же увеличится и длина каната, навиваемого на барабан, при высоте Н поднятия груза:
4 = 〃J・(12)
При определении максимального натяжения каната необходимо учитывать нагрузку от крюковой подвески
Fn=(0,01 ... 0,015) Fp,(13)
а также сопротивление от прохождения каната через неподвижный блок (см. рис. 37, а) при наличии дополнительных отклоняющих блоков, например, у консольного крана (см. рис. 9).
По максимальному натяжению каната, найденному с учетом кратности полиспаста по формуле (10), определяют разрывную нагрузку по формуле (8). Оптимальные размеры механизма подъема грузоподъемных машин получают при выборе кратности полиспаста:
До 6,32—3ОдинарныйДо 6,32—3ОдинарныйДо 16 16 и более 2—34 и болееСдвоенныйДо 16 16 и более 2—34 и болееСдвоенныйГрузоподъемность, т
До 6,32—3Одинарный
До 6,32—3Одинарный
До 16 16 и более 2—34 и более
Сдвоенный
До 16 16 и более 2—34 и более
Сдвоенный
Кратность 品 полиспаста
Барабан
Барабаны. В зависимости от используемого гибкого элемента барабаны делят на цепные и канатные. Цепные барабаны применяют сравнительно редко, главным образом в ручных поворотных кранах грузоподъемностью до 5 т. Форма барабана цилиндрическая. Диаметр его выбирают из тех же условий, что и диаметр блока. КПД барабана с учетом сопротивления в подшипниках П = 0,94 0,98 (табл. 4),
Канатные барабаны служат-для многослойной и однослойной навивки каната. Диаметр канатного барабана выбирают так же, как диаметр блока. Барабан для многослойной навивки применяют только при весьма большой длине навиваемого каната, когда при однослойной навивке требуются барабаны чрезмерно больших размеров. Барабан для многослойной навивки по правилам Госгортехнадзора выполняют с гладкой поверхностью навивания и снабжают бортами, выступающими над верхним слоем уложенного каната не менее чем на диаметр каната. Для правильной укладки каната такие барабаны снабжают канатоукладчи- ками 3 (рис. 40). Для правильной укладки каната / на поверхности барабана 2 с однослойной навивкой делают винтовую нарезку (см. / на рис. 39, а). Размеры канавок выбирают такими, чтобы канат не заклинивался при укладке в канавки барабана. Эти канавки увеличивают поверхность соприкосновения каната с барабаном и уменьшают напряжение смятия и изнашивания каната, поэтому при использовании нарезных барабанов срок
4. КПД механизмов
Звенья механизма
Коэффициент трення в подшипниках
скольжения f = 0,10
качения f = 0,08
Блоки
Барабан для наматывания каната (с учетом потерь от жесткости каната)
Зубчатая передача:
открытая
закрытая (зубчатая передача в масляной ванне)
Зубчатый редуктор:
одноступенчатый двухступенчатый трехступенчатый
Цепная передача:
открытая
в масляной ванне
Червячная или винтовая зубчатая передача при угле наклона зуба а н угле трення р = 3 …6°
0,96
0,95
0,95
0,96
0,94
0,9
0,85
0,93
0,94
П = tg a/tg
0,99 0,97
0,97 0,98
0,97 0,96
0,94
0,95 0,96
(a + p)
службы каната увеличивается. Профиль канавок выбирают по нормам. Обычно радиус канавки г0 = 0,54 盡 шаг (мм) нарезки S =厶 + (2 ... 3).
Барабаны, на которые наматывается одна ветвь каната, имеют одну винтовую нарезку, а барабаны, на которые наматываются одновременно две ветви, — две противоположные винтовые нарезки. Сдвоенный барабан с двумя рабочими участками для наматывания каната представляет собой как бы два поставленных рядом одинарных барабана. Это в 2 раза уменьшает нагрузку на канат и обеспечивает строго вертикальный подъем груза.
Для увеличения долговечности тягового органа диаметр барабана в зависимости от диаметра каната выбирают так же, как и для канатных блоков: D6 》(i2 ・・• 40) dH. Длина нарезного бара-
Рнс. 40. Кулачковый (а) и кривошипно-шатунный (б) канатоукладчикн 32
бана по правилам Госгортехнадзора должна быть такой, чтобы при нижнем рабочем положении грузозахватного приспособления на барабане оставались навитыми не менее 1,5 ... 2 витков каната, не считая витков, находящихся под зажимным устройством. Если /к — рабочая длина каната, наматываемого на барабан, то длина рабочего участка нарезной части барабана, без учета места для закрепления каната, на барабане
/р = [/к/^б + (1,5...2)]5.(14)
Общая длина одинарного 厶色】и сдвоенного L6II барабанов: 厶6工=% = 4 + 2/б;(15)
厶工工=2/р + 2/а + 2/б + /с,(16)
где /3 — длина барабана для закрепления каната планкой; /3 ~ S (2 ... 3); /б 一 толщина бортика, /g = 10 ... 20 мм; /с ——средняя часть сдвоенного барабана, /с =厶口 ——2/iM tg a [丄口 ——длина подвески; a ~ 4 ... 6° ——максимальнодопустимый угол отклонения оси каната от оси блока или оси канавки на барабане, чтобы не соскакивал канат, tg а л; 0,1 (см. рис. 39, а); % = 1,5。6〕・
Барабаны бывают литые из чугуна или стали и сварные из стали. Толщина стенки (в мм) литого барабана 3 = 0,02 % + + (6 ... 10), сварного 3 = 0,01 % + 3. От наматываемого^ каната стенки барабана подвергаются деформациям изгиба, кручения и сжатия.
Барабаны длиной более пяти диаметров применять не рекомендуется. У барабанов длиной менее трех диаметров напряжение от изгиба и кручения не превышает 10 ... 15 % напряжения сжатия. В этом случае стенки барабана рассчитывают только на сжатие. Напряжение от сжатия в стенке барабана можно определить по формулам для расчета толстостенных сосудов, находящихся под внешним равномерным давлением.
Рассматривая стенку барабана толщиной 3 как кольцо, нагруженное распределенным внешним давлением (толщина кольца незначительна по сравнению с его диаметром), можно найти максимальные напряжения сжатия на внутренней поверхности стенки: %抠=F max/(6S)《[^сж1>(17)
где Fmax — максимальное натяжение каната; 6 ——минимальная толщина стенки барабана; S ——шаг винтовой нарезки на барабане; [асж]——допустимое напряжение от сжатия.
Коэффициент запаса прочности для определения допускаемого напряжения выбирают в зависимости от материала барабана: Для стального барабана [асж] = aT/I,5, для чугунного 1асж 1 = 工 ％/4,25, где %, ав — соответственно предел текучести и предел прочности материала.
Крепление каната к барабану должно быть надежным, доступным для осмотра, удобным для смены каната и достаточно простым в изготовлении. Канат в месте крепления не должен подвергаться резкому изгибу. Канат / (рис. 41) к барабану 2 крепят
Рис. 41. Крепления каната к барабану
с помощью клина 3 (рис. 41, а) и планки 4 (рис. 41, б). Простое и надежное клиновое крепление требует изготовления барабана, сложного в литье. Так же сложно в изготовлении крепление вставной планкой в литом барабане. Наиболее простым и распространенным является крепление каната к барабану планкой 4 с винтами 5 (рис. 41, в).
При расчете крепления необходимо учесть влияние дополнительных витков, уменьшающих натяжение каната в месте его крепления к барабану прижимной планкой / (рис. 42):
(18)(18)几р =万шах?е鸣
(18)
(18)
где е = 2,71 — основание натурального логарифма.
При коэффициенте трения между канатом и барабаном f = =0,16 и угле обхвата канатом барабана а = Зл (при по л утор а- регламентированных дополнительных витках) FKP == Гшах/4,53.
Для надежного крепления каната к барабану сила 尸 трения должна быть не менее FKp. Сила 尸 трения создается усилием за-
Рис. 42. Схема сил, действующих в месте крепления канатаРис. 42. Схема сил, действующих в месте крепления канатажимных винтов и возникает между барабаном и канатом, а также между планкой и канатом.
Рис. 42. Схема сил, действующих в месте крепления каната
Рис. 42. Схема сил, действующих в месте крепления каната
На планке g полукруглыми канавками (см. рис. 41, б — вариант 7) сила затяжки винтов
几=几訳2力， (19)
где / = 0,15 ... 0,16 — коэффициент трения между стальными канатами и стальным барабаном.
5
a)6)
Рис. 43. Грузозахватные устройства:
a — крюи в тележке мостового крана； 6 ** электромагии®; в **• грейфер
При планке с трапецеидальной канавкой (см. рис. 41, б — вариант 2) сила затяжки винтов
Fa = FKp/(I + ^, (20)
где & — приведенный коэффициент туения между канатом и планкой, имеющей трапецеидальное сечение канавки, К = “(sin Y + f cos у); у — угол наклона боковой грани зажимной канавки на'планке, у а 40°.
Винты вставных прижимных планок (см. рис. 41, б) рассчитывают на сжатие, а прижимных (см. рис. 41, е) — на растяжение и изгиб:
%ум = % + % =+《［Ор】，(21)
где z — число винтов; 由一внутренний диаметр резьбы винта; 1,3 — коэффициент, учитывающий напряжение кручения при затягивании винтов.
Изгибающий момент Мв = FHpZ, где I — расстояние от середины каната до места заделки винта. При расчете винта коэффициент запаса прочности должен быть не менее 2,5. Независимо от расчета для каната диаметром до 31 мм число одновинтовых прижимных планок должно быть не менее двух или одной при двухвинтовом креплении, при большем диаметре каната — по две планки.
Грузозахватные устройства. В грузоподъемных машинах грузозахватные устройства соединяют перемещаемый груз с гибким элементом. К ним относят крюки (рис. 43, а), электромагниты (рис. 43, б), грейферы (рис. 43, в), а также специальные захваты для штучных грузов (рис. 44). Наибольшее распространение для захватов штучных грузов получили грузовые крюки с блочными подвесками. Грузозахватные устройства изготовляют только специализированные заводы, имеющие разрешение Госгортехнадзора.
К тележке (см. рис* 43, a) g механизмом 4 передвижения и механизмом 3 подъема подвешивают на крюке 2 груз /, предварительно обвязанный стропами. Стропы состоят из отрезков стального каната, имеющих на концах коуш или крюк (ГОСТ 14110—80). Натяжение ветви каната строп
及=尸"(NCOS а), (22)
где 尸口 一 сила тяжести поднимаемого груза; z — число ветвей строп; а — угол отклонения ветвей от вертикали, а = arctg \^b2 + /2/2/г] (см. рнс. 43, а).
Для подъема стальных и чугунных грузов / (см. рис. 43, б) при нормальной температуре широко применяют электромагниты 5 постоянного тока, подвешенные к крюку 2 и питаемые током через гибкий кабель 6. Для транспортирования немагнитных листовых материалов используют вакуумные захваты.
Для порционного транспортирования сыпучего груза применяют ковши, бадьи и грейферы. Автоматизация захвата грузов решается путем применения автоматических грузозахватных устройств——грейферов (см. рис. 43, в). Сыпучий груз / захватывается ковшами 7 при натяжении замыкающего каната 8. При натяжении подъемного каната 9 груз поднимается. Существуют и одноканатные грейферы с ручным и машинным приводом открывания ковшей, которые можно прикреплять к стандартной крюковой подвеске механизма подъема*
Рис. 44. Захваты для штучных грузов:
а — клещевые захваты; 6 — траверса с одиостороииими екобами； в — эксцентриковый захват листового материала
Рнс栈 45. Крюки однорогий (а) и двурогий (б)Рнс栈 45. Крюки однорогий (а) и двурогий (б)Отечественная промышленность выпускает однорогие и двурогие крюки различной грузоподъемности в соответствии с ГОСТ 6619—75, ГОСТ 6627—74* и ГОСТ 6628—73. Стандартные
Рнс栈 45. Крюки однорогий (а) и двурогий (б)
Рнс栈 45. Крюки однорогий (а) и двурогий (б)
грузовые крюки изготовляют ковкой или штамповкой из малоуглеродистой ста та 20, что гарантирует крюк от внезапного разруше
ния (в случае перегрузки перед разрушением крюк будет разгибаться). Крюк крепят к .одвеске с помощью резьбового соедине
ния (рис. 45, а и б), а крюк, подвешиваемый к одному канату, имеет стержень с петлей (исполнение II). Нагрузка от поднимаемого груза прикладывается к зеву крюка а.
Форма крюка выбрана с таким расчетом, чтобы обеспечить минимальные размеры при достаточной прочности, одинаковой во всех сечениях. Исходным размером при конструировании крюка является диаметр его зева. Диаметр должен быть достаточным для размещения в нем двух канатов или сварной цепи, с помощью которых подвешивается груз. Рабочая часть крюка представляет собой брус (большой кривизны), центр кривизны которого находится в непосредственной близости от геометрического центра зева крюка. Наибольшие напряжения в крюке от вертикальной нагрузки, проходящей через центр зева, имеют место в сечении а%—& (рис. 46),
поскольку у этого сечения наибольшее плечо и, следовательно, максимальный изгибающий момент. Чаще всего крюки имеют трапециевидное поперечное сечение, причем большая сторона трапеции лежит на внутреннем радиусе очертания крюка. В этом случае лучше используется материал крюка, так как центр тяжести сечения приближается к центру зева, а изгибающий момент в опасном сечении уменьшается.
Приложив в центре тяжести сечения две равные, противоположно направленные силы Fr, можно привести нагрузку к силе 尸* и изгибающему моменту Ми = —Fnr, где г = а/2 + %; £工 — расстояние от центра тяжести сечения до большого основания трапеции 瓦 (см. рис. 45, а):
с _ 2b2 + 匕1 А
Изгибающий момент отрицательный, так как он уменьшает кривизну бруса.
В отличие от прямолинейного бруса, в котором при изгибе имеет место линейный закон распределения нормальных напряжений и нейтральная линия проходит через центр тяжести сечения, в брусе большой кривизны нормальные напряжения меняются по гиперболическому закону, а нейтральная линия смещена относительно центра тяжести сечения.
Согласно теории изгиба бруса большой кривизны нормальные напряжения в сечении %—& крюка
% = % + % =尸"4 + Л1и/(Дг) + [Л1и/(Лг^)] [уЦг + д)],
—丄—丄где у — расстояние рассматриваемого волокна от оси; А — площадь сечения
—丄
—丄
k — коэффициент кривизны, 6 =k — коэффициент кривизны, 6 =крюка, А =(瓦十 &2) h/2;
k — коэффициент кривизны, 6 =
k — коэффициент кривизны, 6 =
X dA.
Для стандартных крюков центр кривизны оси примерно совпадает с центром отверстия крюка. В этом случае уравнение упрощается и принимает вид
Оу 一 Arkr^yОу 一 Arkr^y
Оу 一 Arkr^y
Оу 一 Arkr^y
Подставляя значения у, получим напряжения на внутреннем контуре крюка
2尸№i2尸№iAkaAka《［%】《［%】(23)(23)
2尸№i
2尸№i
Aka
Aka
《［%】
《［%】
(23)
(23)
и на наружном контуре крюка
-灰』《[啦(24)
где [Ор] — допускаемые напряжения для стали 20, при машинном приводе [Ор] = 150 МПа, при ручном приводе [ар] = 160 МПа.
Рис. 47. Крюковые подвески:
а — длинная для одииариого барабана а полиспастом кратностью *рн； 6 — короткая для сдвоеииого барабана в полиспастом кратностью два
Для трапеции в основаниями Ь。匕晋 и высотой й коэффициент кривизны
& = -1 + тбГтш{[&а+'5^(г+еа)]1п^?_(61~М-
При b а и 瓦/匕晋 ™~ zig
& =霁嘲行[(l,5nB- 0,5) 1,098 — (% — 1)] — 1 内 0,1.
Выражение для k является приближенным, так как оно не учитывает скруглений кромок поперечного сечения крюка.
Крюковые подвески (рис. 47). Хвостовик крюка / входит в отверстие траверсы 2 крюковой подвески, где надежно закрепляется. При грузоподъемности до 10 т на хвостовике нарезают треугольную резьбу, при большой грузоподъемности — трапециевидную.
Стержень крюка рассчитывают на растяжение, возможный изгиб стержня учитывается пониженными допускаемыми напряжениями
% = '《[Gpll(25)
叫/4
где [ар]* — допускаемые напряжения, при машинном приводе [0р]‘ = 50 МПа, при ручном приводе [%]' = 60 МПа.
Рис. 48. Схема к расчету траверсы крюковой подвески:/ J траверса； 2 = щека； 3 f кожухРис. 48. Схема к расчету траверсы крюковой подвески:/ J траверса； 2 = щека； 3 f кожухМинимальную высоту гайки определяют, исходя из допускаемых напряжений смятия резьбы, что обеспечивается при Нг = 0,8d. Гайка крюка опирается на сферическую шайбу или на упорный шарикоподшипник' (при грузоподъемности более 3 т). Чтобы исключить случайное отвертывание гайки, ее необходимо надежно закрепить.
Рис. 48. Схема к расчету траверсы крюковой подвески:
/ J траверса； 2 = щека； 3 f кожух
Рис. 48. Схема к расчету траверсы крюковой подвески:
/ J траверса； 2 = щека； 3 f кожух
В длинной подвеске (рис. 47, а) траверса 2 соединена с осью 5 канатных блоков 4 посредством щек 3. Их изготовляют из листовой или полосовой стали СтЗ и рас
считывают на растяжение в горизонтальном сечении, ослабленном отверстием под цапфу траверсы. В короткой подвеске (рис. 47, 6) блоки 4 размещены на удлиненных цапфах траверсы 2 с подшипниками 6 и кожухом 7. Укороченная крюковая подвеска позволяет поднимать груз на большую высоту, чем длинная подвеска, но может быть применена только при четной кратности полиспаста. В этом случае крюк должен иметь удлиненный стержень.
Траверса обеспечивает поворот крюка вокруг вертикальной оси без закручивания гибкого элемента, а также позволяет крюку
отклоняться от вертикального положения путем поворота вокруг горизонтальной оси траверсы. Траверсу изготовляют из стали 20 или 40 и рассчитывают на прочность по среднему сечению, ослабленному отверстием для хвостовика крюка, рассматривая ее как балку на двух опорах (рис. 48):
(26)(26)6И = Ми/取 Т《[би]・
(26)
(26)
Ми =Ми =(27)(27)Максимальный изгибающий момент
Ми =
Ми =
(27)
(27)
где 厶一наружный диаметр опорной шайбы подшипника.
Момент сопротивления сечения, ослабленного отверстием диаметром d2> шириной Ьт И ВЫСОТОЙ /lTJ
ф = (Ьт — d2)欣/ 6,
где bT = d3+ (10 ... 20),
Отсюда
% = К %(28)
Г (% — ^2)[Ои1、 /
При определении допускаемого напряжения [аи], учитывая сложность конфигурации траверсы, коэффициент запаса прочности принимают равным не менее трех. Цапфу траверсы рассчитывают на изгиб как консольную балку и проверяют на смятие. Допускаемое напряжение от смятия принимают равным 30 МПа во избежание задира поверхности цапфы при повороте траверсы. Упорный шарикоподшипник, поддерживающий крюк, подбирают по статической нагрузке с коэффициентом запаса 1,3 ... 1,5 (для учета ударной нагрузки) и по диаметру d0 (см. рис. 46) стержня крюка (см. приложения 6, 7). 。
Подшипники качения для блоков выбирают по динамической грузоподъемности при расчетном сроке службы в зависимости от режима работы механизма.
Остановы. Для надежной работы грузоподъемных машин необходимы устройства, обеспечивающие удержание поднятого груза на весу, а также плавное опускание его с регулируемой скоростью. Для удержания поднятого груза на весу используют храп@вые и фрикционные остановы, а для плавного опускания груза ——тормоза.
Храповый останов (рис. 49, а) состоит из зубчатого храпового колеса / и собачки 3. При подъеме груза храповое колесо / свободно поворачивается вместе с валом 2. При спуске груза собачка 3 входит во впадины храпового колеса и препятствует его обратному повороту. Такие устройства вследствие повышенного износа собачки и зубьев храпового колеса, а также шума во время работы обычно применяют только в механизмах с ручным приводом.
Расчет на прочность храпового останова аналогичен расчету на прочность зубчатых колес. Зуб храпового колеса рассчитывают на изгиб и проверяют на смятие. При проектировании храповых механизмов следует учитывать необходимость уменьшения силы удара во время их остановки. Для этого храповые колеса делают малого диаметра (для уменьшения окружной скорости) с небольшим шагом и числом зубьев z = 10 … 24.
Фрикционные остановы работают бесшумно и не дают толчков. Наиболее простыми и совершенными фрикционными остановами
являются роликовые, которые обеспечивают безударное приложение нагрузки при минимальном угле холостого хода, предшествующего заклиниванию.
Роликовый останов (рис. 49, б) состоит из корпуса 4, втулки 5, соединенной с валом механизма, и роликов 6. При вращении втулки 5 против часовой стрелки (при неподвижном корпусе 4) ролики увлекаются силами трения в наиболее широкую часть клинового паза, что обеспечивает свободное вращение втулки 5 относительно корпуса. При изменении направления вращения втулки 5 ролики заходят в узкую часть клинового паза, что приводит к заклиниванию. В конструкцию останова включены пружины 7, отжимающие ролики в узкий угол паза.
Ролики рассчитывают на контактные напряжения сжатия под действием нормальной силы Fr, которая определяется по заданному крутящему моменту Т9 действующему на валу роликового останова:
尸尸 2МкрЗ。)，(29)
где z ——число роликов, обычно n= 4;，——коэффициент трения стального ролика по стальным шлифовальным (цементованным и закаленным) поверхностям корпуса и втулки, f = 0,06; D ~ внутренний диаметр корпуса.
Исходя из условия самоторможения должно соблюдаться неравенство
f = tg Р > tg (а/2),
где а — угол роликового останова, cos а == (2а + d)/(D — d) (а — расстояние от оси вращения до плоскости втулки; d ——диаметр ролика).
Длину ролика при I = l,5d приближенно определяют по допускаемой линейной нагрузке
I ~ FГ/[Рсм. К，
где [Рсм, л ]——допустимая линейная нагрузка для цементованной и закаленной углеродистой стали, [「см. л】 = 4,6 кН/см.
Тормоза. В грузоподъемных и транспортных устройств ах тормоза предназначены для удержания груза в неподвижном состоянии, для регулирования скорости опускания груза, а также для поглощения инерции поступательно движущихся масс тележки с грузом или крана. Эта универсальность привела к созданию большого числа разнообразных тормозов: стопорных, спускных и комбинированных; последние служат одновременно для остановки груза и регулирования скорости опускания. Тормоза делят на две основные группы: g радиальным нажатием (колодочные и ленточные) и в осевым нажатием (дисковые и конические).
В грузоподъемных устройствах с машинным приводом применяют дистанционно управляемые тормоза, которые затормаживаются грузом или пружиной, а растормаживаются электромагнитом или электрогидротолкателем. Тормоз находится в нормально 42
Рис. 50. Схемы тормозов:Рис. 50. Схемы тормозов:
Рис. 50. Схемы тормозов:
Рис. 50. Схемы тормозов:
а — одноколодочного； 6 — двухколодочноРо а ррузовЕМ замыканием и размыканием °ов электромагнита
замкнутом состоянии, чтобы груз не упал, при включенном двигателе тормоз расторможен.
Существуют также и автоматические тормоза. К ним относят центробежные (ограничители скорости) и тормоза, работающие под действием поднятого груза, которые часто называют грузоупорными.
В грузоподъемных машинах широкое распространение получили колодочные тормоза. Они состоят из рычагов и одной или двух колодок. Торможение механизма колодочным тормозом происходит за счет сил трения между тормозным шкивом, связанным с одним из валов механизма, и тормозной колодкой, соединенной посредством рычажной системы с неподвижными элементами конструкции.
В одноколодочном тормозе (рис. 50, а) сила Fr тяжести груза 4, приложенная к рычагу 3, создает силу Fr, с которой колодка 2 действует на рычаг 3. В результате на вращающемся шкиве / возникает сила трения Ft = fFr, противодействующая вращению механизма. Если момент силы будет больше момента движущей силы, действующей на валу, то произойдет замедление скорости движения и затем полное прекращение движения. Для остановки движущихся масс сила трения должна превысить окружное усилие. Растормаживание производится электромагнитом 5.
При расчете тормоза определяют необходимый тормозной момент
% = %也 (30)
где 々切——коэффициент запаса тормозного момента; MQ ——статический вращаю^ Щнй момент на тормозном валу с учетом потерь в механизме.
Коэффициент запаса тормозного момента по правилам Госгортехнадзора для крановых механизмов подъема принимают в зависимости от режима работы (см. табл. 2).
Статический вращающий момент на тормозном валу (см. рис. 29, 6)соответствует крутящему моменту на валу двигателя：
М；=尸гА%/(2, 口〃q),(31)
где w0 ——общее передаточное отношение редуктора.
По тормозному моменту для одноколодочного тормоза определяют силу нажатия колодки (см. рис. 50, а)
FT = 2MT/(fDT)t(32)
где DT —диаметр тормозного шкива.
Из условия равновесия рычага относительно его оси вращения находим
Fp = F「&士Н》/1.
Знак《плюс》или «минус» в уравнении определяется направлением вращения тормозного шкива.
При одноколодочном тормозе сила нажатия колодки на шкив воздействует на вал тормозного шкива и подшипник вала, поэтому приходится увеличивать размеры вала и подшипников. Одноколодочные тормоза применяют в основном в ручных механизмах.
Дву х ко л одочн ые тормоза не имеют недостатка одноколодочного тормоза, так как при одновременном прижатии двух диаметрально противоположных колодок компенсируются радиальные силы на шкиве и вал оказывается разгруженным от радиальной нагрузки.
Двухколодочный тормоз (рис. 50, б) о грузовым замыканием работает так. Под действием силы Frp тяжести груза 4 рычаг 3 и тяга 5 опускаются вниз. Тяга 5 поворачивает треугольник 9, с которым она шарнирно связана в точке В. Предположим, что точка Л неподвижна, тогда точка В опустится вниз; при этомточкаБ переместится вправо. Это движение передается тяге 10 и рычагу //, который прижмет колодку 12 к тормозному шкиву /4. Как только колодка 12 окажется прижатой к шкиву, точка Б станет неподвижной и треугольник 9 уже будет вращаться вокруг нее. Тогда точка Л переместится влево и рычаг 7 прижмет колодку 6 к шкиву /4. В действительности треугольник 9 не имеет неподвижной точки, и при опускании тяги 5 его поворот происходит около меняющегося мгновенного центра вращения, точка В движется вниз и одновременно влево, точка 5 — вправо. В результате обе колодки 6 и /2 одновременно зажимают тормозной шкив. Тяга 10 состоит из двух частей, соединяемых винтовой стяжкой, что позволяет регулировать тормоз.
Тормоз всегда находится в затянутом (замкнутом) состоянии. Растормаживание производится с помощью электромагнита 8. Схема электроуправления обычно предусматривает блокировку двигателя и электромагнита, благодаря которой при остановке
двигателя даже от случайных причин происходит автоматическое торможение.
При растормаживании якорь электромагнита поднимает рычаг 3 и через тягу 5 поднимает вверх точку В треугольника 仇 Как и при затормаживании, разобьем процесс отхода колодок на два периода. В первый период относительно точки Л поворачивается точка Б влево и через тягу 10 отводит рычаг 11 вместе с колодкой /2 влево до тех пор, пока регулировочный винт 13 не дойдет до упора и не остановит движение рычага 11. Затем треугольник 9 начинает поворачиваться относительно точки Б и отводит точку Л треугольника и связанный с ним рычаг 7 вместе с колодкой 6 вправо.
Тормозной момент, развиваемый двухколодочным тормозом：
Мт = 2 尸 J4/2,(33)
где Fr——сила нажатия одной колодки, Fr = MT//DT.
Так как 尸= Frlr и 尸"§ =尸то
居г =尸Ji// = MMD.I) н & = FM = 〃"厶/(。工必)•(34)
Силу 尸г определяют, исходя из условия равновесия тормозного рычага относительно точки 02, с учетом потерь (10 %) в шарнирах рычажной системы тормоза:
f Jr + 尸 я厶 + FJd = 1」尸小,
где FH ——сила тяжести якоря электромагнита;尸卩 ——сила тяжести тормозного рычага;
吊=\AMM(fD.l^ 一尸小几一尸小几・(35)
Растормаживающее усилие FM электромагнита определяют из неравенства FM/4 > Fr/r, откуда FM > F&II&.
Тормозные колодки проверяют на давление рСм между колодкой и шкивом и работу трения рсми, где и — скорость обода тормозного шкива. Давление на колодки
Рем =云=Вк<рлПт/360《[%м],(36)
где Лк ——площадь колодки; 8招 ——ширина колодки; ср ——угол обхвата шкива одной колодкой (в тормозах конструкции ВНИИПМАШа ср = 70°).
Поверхность колодок, которая должна соприкасаться со шкивом, облицовывают фрикционными обкладками. Для получения малогабаритного тормоза, уменьшения мощности его размыкающего устройства и получения большого тормозного момента в тормозах подъемно-транспортных машин используют для обкладок специальные материалы, обладающие повышенными фрикционными свойствами, например асбестовую и вальцованную ленту типа ферродо, хорошо работающую в паре с чугунным и стальным шкивом. При отсутствии смазочных материалов между шкивом и колодкой принимают следующие значения / и [%м ] для некоторых материалов (табл. 5).
5. Фрикционные материалы
Матерналв!
Коэффициент трення
Допускаемое давленые, МПа, для тормоза
стопорного
GnyGKHOPO
Сталь по чугуну
0,15
2,0
1,5
Тормозная асбестовая лента по стали и чугуну
0,35 ... 0,37
0,6
0,3
Вальцованная лента по стали и чугуну
0,41
0,6
0,4
Размеры тормозных шкивов зависят в основном от энергии, поглощаемой тормозом в течение 1 ч, так как этим определяется изнашивание шкива и обкладки, а также нагрев шкива. В то же время удельный износ (отнесенный к 1 кВт-ч) зависит от материалов шкива и обкладки, давления, окружной скорости и в большой степени от температуры тормозного шкива, что усложняет расчет тормоза. Поэтому в качестве исходных данных при расчете тор- мозов все еще используют экспериментально установленные значения [рсму ].
Для стопорных тормозов условия работы более постоянны, ч:ем для спускных или ходовых. Для них с достаточной точностью можно определить размеры на основании опытных данных. Для стопорных тормозов с обкладками из ферро до [роми] = 1,5 … 5,0 МПа-м/с.
При легких условиях работы и среднем числе включений следует принимать большие значения работы трения, а при тяжелых условиях ——меньшие значения. Однако более строгой расчетной базой следует считать проверку тормоза на нагрев. Методы для расчета тормоза на нагрев имеются, но они пока недостаточно апробированы.
Минимальные размеры тормоза и обеспечение условий лучшего теплоотвода получаются при размещении тормозного шкива на самом быстроходном валу (валу двигателя). Применение груза Для замыкания тормоза приводит к увеличению времени срабатывания тормоза вследствие значительной инерции замыкающего груза. Колодочные тормоза с грузовым замыканием применяют только на кранах старой конструкции. Более совершенными являются колодочные тормоза с пружинным замыканием и размыканием от электромагнита или эл ектр о г идрото л к ател я: электромагниты постоянного тока типа МП и КМП, переменного тока — типа МО-Б и КМТ; электромагниты типа МП и МО-Б — короткоходовые, а КМТ и КМП — длинноходовые.
Благодаря небольшой массе и малым размерам наибольшее распространение получили двухколодочные тормоза ТК конструкции ВНИИПТМАШ (рис. 51). Они замыкаются усилием сжатой 46
пружины и размыкаются короткоходовым электромагнитом, укрепленным непосредственно на тормозном рычаге, и работают как от пер еменного тока — тормоз типа ТКТ с коротко ходовым клапанным электромагнитом МО-Б (рис. 51, а), так и от постоянного тока — тормоз типа ТКП с поступательным движением якоря электромагнита МП (рис. 51, б).
Тормоза этой конструкции работают следующим образом. Тормоз замыкается усилием Fo сжатой основной пружины, которая правым концом опирается на шайбу штока 5 и с помощью рычага / прижимает левую колодку 3 к тормозному шкиву. Левый конец основной пружины опирается на стальную скобу 6 и с помощью рычага 2 прижимает правую колодку 4 к тормозному шкиву //. Колодки к рычагам прикреплены шарнирно. При включении тока якорь 7 (рис. 51, а) катушки 9 электромагнита поворачивается по часовой стрелке относительно оси О8 н стержень 8 давит на шайбу штока 5. При включении тока якорь 7 (рис. 51, б) катушки 9 электромагнита МП передвигается влево. Вследствие этого сжимается основная пружина и шток 5 выдвигается из отверстия скобы 6. При этом под действием силы тяжести электромагнита и силы FB вспомогательной пружины рычаг 2 с колодкой^ отходит вправо до тех пор, пока регулировочный винт 10 не дойдет до упора. При дальнейшем выдвижении штока пружина под действием силы FB отодвигает влево рычаг / с колодкой 3. Таким образом тормоз оказывается расторможенным.
Усилие 尸в вспомогательной пружины, предназначенной только для отодвигания рычага 1, в зависимости от размеров тормоза принимают в пределах 20 ... 60 Н.
Для электромагнита типа МОБ (см. рис. 51, а)
m2瓦=f声/%
где М9 ——момент электромагнита, определяют из выражения FB — М9/19 (尸® — усилие электромагнита); а ——максимальный угол поворота якоря, рад; 左1 ——коэффициент нспользовання хода якоря электромагнита (для компенсации износа тормозных накладок и деформаций рычагов), ^ = 0,8; в ——у ста новоч-
Рис. 51. Схема двухколодочных тормозов с замыканием от пружины н размыканием от электромагнита:
0 Е ТКТ (заторможен)； 6』ТКП (расторможен)
ный зазор отхода .колодок от шкива, в = 0,6 ... 1,5 мм; Т)— КПД рычажной системы, п = 0,9...0,95・
Палец шарнирно закрепленных колодок (см. рис. 51) нагружен силой 尸.При заданном тормозном моменте Мт тормозное усилие на конце рычага колодки
(37)
Тормозное усилие F8r создается разностью усилий основной и вспомогательной пружин: F8r =尸。一FB.
К недостаткам тормозов с растормаживанием от электромагнита относится резкое, сопровождающееся ударом якоря о сердечник включение электромагнита и большие размеры электромагнита тормоза при значительных тормозных моментах.
Такие недостатки отсутствуют у тормозов с электрогидротолкателями (рис. 52). У них затормаживание производится находящейся в скобе 7 сжатой пружиной 9, которая через шток 8, рычаг 10 и тягу 4 сближает колодки 3 и 5 (с помощью рычагов 2 и 6). Растормаживание тормоза производится поршнем гидротолкателя. В поршне размещен небольшой электродвигатель с центробежным насосом, который при включении двигателя начинает нагнетать жидкость из полости над поршнем в полость под поршнем. Вследствие этого поршень выдвигается из цилиндра /2, штоком 11 поднимает левый конец треугольного рычага 10 и, преодолевая усилие пружины 9, отодвигает рычаги с колодками от тормозного шкива, что приводит к растормаживанию. Отход колодок регулируется винтом /.
Применение в тормозе ТКТГ пружины для его замыкания обеспечивает компактность и быстродействие, а использование для размыкания электрогидротолкателя — плавность и большое усилие.
Кроме колодочных тормозов в грузоподъемных и транспортных устройствах, применяют тормоза с радиальным нажатием —
Рис. 52. Схема двухколодочного тормоза ТКТГ (заторможено) с замыканием от пружины и размыканием от электродвигателяРис. 52. Схема двухколодочного тормоза ТКТГ (заторможено) с замыканием от пружины и размыканием от электродвигателяленточные, которые являются более компактными, но создают радиальную нагрузку на вал. Ленточные тормоза бывают простые (рис. 53, а), дифференциальные (рис. 53, б) и суммирующие (рис. 53, в). Торможение осуществляется за счет трения гибкой ленты / по цилиндрической поверхности тормозного шкива 2. Для прижатия ленты к шкиву служит рычаг 3 с грузом 4. Ленту обычно изготовляют из стали и покрывают фрикционной накладкой 5 типа ферродо.
Рис. 52. Схема двухколодочного тормоза ТКТГ (заторможено) с замыканием от пружины и размыканием от электродвигателя
Рис. 52. Схема двухколодочного тормоза ТКТГ (заторможено) с замыканием от пружины и размыканием от электродвигателя
Рис. 53. Ленточные тормоза: а — простой; б — дифференциальный： 6 一 суммирующий
При огибании цилиндра гибкой лентой усилия гн в набегающих и 尸сб сбегающих ветвях определяют по формуле Эйлера: 尸н =尸сбе'а. Учитывая, что & —尸сб — М"т, имеем:
где Мт — тормозной момент; гт — радиус тормозного шкива; f — коэффициент трения между шкивом и фрикционным материалом ленты; а — угол обхвата тормозного шкива лентой, рад.
Сила затормаживания ленточного тормоза может создаваться также грузом и пружиной. Силу затормаживания простого ленточного тормоза определяют ,из условия равновесия рычага Fr/P =尸сб。，откуда 尸р =尸сб。/%，или из соотношения
rT/p(e^-D •
В дифференциальных и суммирующих тормозах для затормаживания требуются значительно меньшие усилия, но эти тормоза склонны к резкому торможению шкива лентой.
Ширину ленты в ленточных тормозах назначают по допускаемому давлению Ьт =尸н/г/Рсм】，где [рсм ] = 0,3 ... 0,6 МПа (для ферродо). Давление на единицу площади гибкой ленты в какой- либо точке равно натяжению ленты в данной точке, деленному на радиус шкива и ширину ленты, но так как натяжение ленты по длине ее меняется от Лсб до FH, то максимальное значение давления получим на участке набегающей ветви：
Гн Мт / г 1 /ол\
Рем max =近=瓯(е〃 _ °《【％”1・ (39)
/一力
Рис. 54. Дисковый тормоз
Благодаря простоте конструкции, компактности и способности развивать большие тормозные моменты ленточные тормоза широко распространены, но они имеют существенные недостатки, ограничивающие область их применения. К недостаткам следует отнести значительные радиальные усилия, изгибающие тормозной вал, зависимость тормозного момента от направления вращения, неравномерное изнашивание тормозной ленты и др.
В колодочных и ленточных тормозах сила, необходимая для получения тормозного момента, действует в радиальном направлении. Существуют тормоза (дисковые и конические), в которых это усилие действует вдоль оси тормозного вала. Дисковые тормоза делятся на однодисковые и многодисковые. В двухдисковом тормозе (рис. 54) диски 4 фиксируются стержнями 5 в неподвижном корпусе, а диски 3 фиксируются шлицевой втулкой 2 на вращающемся тормозном валу /. При осевом сжатии обеих групп дисков пружиной 6 с силой Fa между ними возникает сила трения, которая создает тормозной момент
Л4др = " с尸 J $
где 2 ——число пар поверхностей трения; г0 ——средний радиус тормозных дисков ,，с = &н +，в)/2；「н ——наружный радиус тормозных дисков; гв ——внутренний радиус тормозных дисков.
Отсюда необходимое для создания тормозного момента усилие 凡=М“("办(40)
Давление на трущихся поверхностях
Рем =尸а/т (4 — Гв)]《1Рсм1>(41)
где [рсм]——допускаемое давление для дисковых тормозов с осевым нажатием.
Для уменьшения необходимого осевого усилия применяют конический тормоз (рис. 55, а), который состоит из подвижного 50
/ и неподвижного дисков 2. Осевым усилием Fa подвижный конический диск прижимается к неподвижному, в результате на образующей поверхности сила трения создает тормозной момент. Для затормаживания необходимо, чтобы сила FT трения, возникающая на соприкасающихся поверхностях, преодолевала окружное усилие Мт/гс, Так как суммарная нормальная сила 工 F^ = =尸Jsin (B/2), то осевое тормозное усилие
Fa = (MT/rcf) sln(p/2).
Из этого выражения видно, что наибольшее тормозное усилие при малых значениях угла В/2. Однако чтобы избежать заклинивания конуса при размыкании, рекомендуется брать р/2 > 15°.
Увеличение рабочих скоростей грузоподъемных и транспортных устройств обусловило повышение требований к надежности работы всех механизмов. Это заставляет особо тщательно рассчитывать конструкцию тормоза — одного из наиболее ответственных механизмов.
При конструировании тормозов особое внимание уделяется уменьшению момента инерции тормоза и упрощению его конструкции, снижению до минимума числа рычагов и шарниров, деформация и износ которых создают мертвый ход системы и понижают быстроту растормаживания и затормаживания тормоза. Для регулирования скорости опускания груза применяют регуляторы (центробежные тормоза), которые не допускают увеличения скорости опускающегося груза выше заданного значения. Они только регулируют скорость, а остановить груз не могут. Поэтому для остановки груза необходим еще стопорный тормоз.
Обычно центробежные тормоза устанавливают на быстроходном валу. При увеличении окружной скорости вала возрастает центробежная сила вращающегося груза:
Fr =т吗门
где т —— масса одного груза, кг; о ——скорость, м/с; г —— радиус окружности, м
а)
Рис. 55. Тормоза:
а ■ коннческий; 6 ■ цеитробежнай
При этом создается давление на неподвижную часть тормоза.
Наиболее распространены центробежные тормоза с грузами внутри тормозного шкива и дисковые. С помощью вращающихся грузов (рис. 55, б) производится замыкание центробежного тормоза в следующем порядке. На валу 3 закреплен диск 7, а на его втулке с шлицами — диск 4. Пружина 7, упирающаяся во втулку диска / и втулку 6, положение которой регулируется болтами, стремится раздвинуть диски / и 4, а грузы 5, расходящиеся под действием центробежной силы, стремятся сблизить эти диски. При сближении дисков между ними зажимается неподвижный диск 2, который может быть выполнен в виде храпового колеса, удерживаемого от вращения собачкой. При установившейся скорости должно существовать равенство между моментом, стремящимся вращать вал 3 с возрастающей окружной скоростью, и моментом трения между дисками, стремящимися остановить вращение вала. На диски 7 H 4 действует сила
尸口 = zFJi/"
где z — число грузов.
С учетом действия всех грузов и пружины 尸口 результирующее осевое усилие
户a=Fq——FЦ = z £尸尸一Fu.
При двух поверхностях трения действительный тормозной момент
此=2FJ (% +「в)/2 = F J (% + /)・
Усилие пружины при заданной угловой скорости
% = z靑加宀•Л；件丁
Центробежные тормоза в подъемниках и лифгах используют как ограничители скорости движения кабины. При скорости кабины лифта больше допустимой ограничитель скорости приводит в действие аварийные остановы, которые останавливают кабину.
МЕХАНИЗМЫ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН
Грузоподъемные машины состоят из ряда отдельных механизмов, число которых зависит от степени универсальности. Например, простая грузоподъемная машина — таль имеет только один механизм подъема, а универсальная машина — кран имеет три или четыре механизма: механизм подъема, один или два механизма передвижения, механизм поворота и механизм изменения вылета стрелы крана.
Механизмы подъема. В любой грузоподъемной машине механизм подъема груза является основным. Механизмы подъема бы- 52
Рис. 56. Схема механизма подъемаРис. 56. Схема механизма подъемаРис. 57. Схема установки барабана на выходном валу редуктора и эпюра изгибающих моментов оси барабанаРис. 57. Схема установки барабана на выходном валу редуктора и эпюра изгибающих моментов оси барабана
Рис. 56. Схема механизма подъема
Рис. 56. Схема механизма подъема
Рис. 57. Схема установки барабана на выходном валу редуктора и эпюра изгибающих моментов оси барабана
Рис. 57. Схема установки барабана на выходном валу редуктора и эпюра изгибающих моментов оси барабана
вают с ручным и машинным приводом. Независимо от конструктивных форм выполнения механизм подъема (рис. 56) состоит из двигателя / или приспособления для ручного привода, тормоза 2, зубчатой (червячной или иной) передачи 3 между ведущим валом двигателя и ведомым валом барабана 4 или звездочки для навн- вания гибкого элемента 5, неподвижного отклоняющего блока 6, подвижного блока с обоймой 7, а также грузозахватного устройства 8.
Наибольшее распространение получил машинный привод с ин- дивидульным электродвигателем, т. е. механизм подъема, состоящий из лебедки с машинным приводом и полиспаста с грузахватным устройством. Обычно зубчатый цилиндрический или червячный редуктор соединен с электродвигателем и барабаном муфтами. Особенности соединения барабана с редуктором существенно рлияют на эксплуатационные качества механизма подъема.
Существуют несколько вариантов выполнения этого узла. Установка вала барабана на двух самостоятельных опорах (см. рис. 29, 6)удобна в работе, но приводит к увеличению размеров. В этом случае вал барабана работает на изгиб и кручение. Иногда крутящий момент на барабан передается с помощью открытой зубчатой передачи (см. рис. 56). Тогда ось барабана работает только на изгиб. Наиболее рациональным решением является установка одной из опор оси / (рис. 57) барабана 2 внутри консоли выходного вала 3 редуктора. В этом случае ось барабана работает только на изгиб.
На конструкцию механизма подъема существенно влияет кратность полиспаста. Увеличение кратности полиспаста приводит к уменьшению диаметра каната, а следовательно, и диаметров барабана и блоков. Однако при этом возрастает длина каната. При сохранении скорости подъема это вызывает увеличение частоты вращения барабана и уменьшение передаточного числа редуктора.
Для грузоподъемных машин характерен режим работы, при котором периодически повторяются этапы работы: пуск (разгон), равномерное установившееся движение, торможение (остановка).
В периоды пуска и торможения движение неустановившееся. При пуске необходима добавочная затрата работы для преодоления инерции покоя масс механизмов и груза. В период торможения и остановки добавочную работу движущихся масс поглощает тормоз.
При установившемся движении статический момент на валу двигателя
检=检=尸Qo21п«оПо尸Qo21п«оПоИЛИИЛИМс =Мс =尸 тах^бОб2ИоПо尸 тах^бОб2ИоПо(42)(42)
检=
检=
尸Qo21п«оПо
尸Qo21п«оПо
ИЛИ
ИЛИ
Мс =
Мс =
尸 тах^бОб2ИоПо
尸 тах^бОб2ИоПо
(42)
(42)
где Dq — диаметр барабана, м;『口 ——кратность полиспаста; w0 — передаточное отношение механизма; т)0 ——КПД механизма;尸max ——максимальное натяжение каната на барабане, Н;之6 — число канатов, навиваемых на барабан.
Мощность двигателя (кВт) при установившемся движении 乂 =尸山/%,(43)
где 尸р — сила тяжести поднимаемого груза, кН; vp— скорость подъема груза, м/с.
Пусковой момент, приведенный к валу двигателя：
Мн = Мс + Л1H. в + А?и. п,(44)
где Ми. в 一一 момент сил инерции вращающихся элементов привода; М且.口 —— момент сил инерции поступательно движущихся частей груза. '
Момент инерции вращающейся массы тъ с радиусом R。 инерции
/ = mBRl =勺^，
где 尸и ——сила тяжести вращающихся частей; D。——диаметр вращающейс я массы; g — ускорение свободного падения.
Если предположить, что изменение скорости в процессе пуска происходит по линейному закону, то момент сил вращающихся масс
М = Ao/% =尸 o3(o/(4gf J
где ① ——угловая скорость; /п ——время пуска.
Значения маховых моментов FqDq для роторов электродвигателей приведены в каталогах на двигатели.
Ввиду того, что наибольший момент сил инерции имеют детали, расположенные на валу двигателя, для механизмов грузоподъемных машин моменты остальных, более тихоходных валов, учитываются коэффициентом 6 = 1,1 ... 1,2. Подставляя значения угловой скорости з = ли/30 (и — частота вращения вала двигателя, об/мин), получаем выражение для момента инерции вращающихся частей механизма подъема
Мп.в = 6РоО 新/(375%).(45)
Аналогично можно определить момент сил инерции от поступательно движущихся масс. Сила инерции поступательно движущегося груза Fa = /Пг% = F&［(g2 создает на барабане мс мент
дx —尸Пd6 一 尸Г》ГD6
6 2£皿口 2gfn/11Tlij
где т^ —масса груза, кг; аг и % — соответственно ускорение и скорость груза;外口 ——КПД полиспаста.
Подставляя значение скорости и「 груза и приводя момент от сил инерции 尸и к валу двигателя, получаем момент сил инерции на валу двигателя от поступательно движущегося груза
Ми.И =Ми.И =尸r新375*i"印°尸r新375*i"印°(46)(46)
Ми.И =
Ми.И =
尸r新
375*i"印°
尸r新
375*i"印°
(46)
(46)
Для механизма подъема £口 = 1,5 ... 5 с, для механизма передвижения /口 = 3 ... 8 с. Тогда выражение для пускового момента примет вид
=Fg , s , F「D凯
п 2/пЗДо 375fli375〃諸 £口小
Электродвигатель выбирают по статическому моменту с последующей поверкой выбранного двигателя на перегрузку в период пуска. По выбранной мощности двигателя определяют номинальный момент
(47)(47)Л4Н0М = NK®,
(47)
(47)
где ^н—номинальная мощность двигателя, Вт.
Перегрузка двигателя характеризуется коэффициентом перегрузки
屮=Л4ц/ Мном《21・屮=Л4ц/ Мном《21・(48)(48)
屮=Л4ц/ Мном《21・
屮=Л4ц/ Мном《21・
(48)
(48)
Допустимое значение ［屮］приведено в каталогах на электродвигатели, обычно ［屮］= 1,5 ・・・ 3.
Наряду с поверкой электродвигателя на перегрузку 'Необходимо учитывать возможность перегрева двигателя, которая зависит от интенсивности его работы. Интенсивность работы двигателя характеризуется относительной продолжительностью включения.
По заданной частоте вращения барабана
(49)(49)60% 60иМц
(49)
(49)
Пб = Щ = "Ж"
(50)(50)и по частоте п вращения вала выбранного электродвигателя можно определить передаточное отношение механизма подъема
(50)
(50)
«о = «/«б-
лежки консольного крана с переменным вылетомлежки консольного крана с переменным вылетомРис. 59. Цилиндрическое колесо с ребордами:1 ■ колесо; 2 ■ вал; 3』зубчатая передачаРис. 59. Цилиндрическое колесо с ребордами:1 ■ колесо; 2 ■ вал; 3』зубчатая передача
лежки консольного крана с переменным вылетом
лежки консольного крана с переменным вылетом
Рис. 59. Цилиндрическое колесо с ребордами:
1 ■ колесо; 2 ■ вал; 3』зубчатая передача
Рис. 59. Цилиндрическое колесо с ребордами:
1 ■ колесо; 2 ■ вал; 3』зубчатая передача
По полученному значению и0 подбирают стандартный редуктор или рассчитывают передачу. В механизмах подъема мостовых кранов применяют горизонтальные редукторы серии РМ или ЦД. В механизмах передвижения крановых тележек используют вертикальные редукторы серии ВК・
При электрическом приводе в механизмах подъема на валу двигателя устанавливают обычно двухколодочные тормоза. Наибольший тормозной момент необходим при спуске груза
Мт = ± в + п или
— 土 工^十 研r十375“請fj— 土 工^十 研r十375“請fj(51)(51)
— 土 工^十 研r十375“請fj
— 土 工^十 研r十375“請fj
(51)
(51)
где ty = 1 ... 1,5 с —— время торможения механизма; знак «плюс» ставят при торможении спускаемого груза, знак «минус» ——поднимаемого груза.
Вместо формулы (51) можно использовать выражение (30). Значения коэффициента ^т берут не меньше рекомендованных (см. табл. 2).
По тормозному моменту Мт выбирают тип тормоза и рассчитывают его детали.
Механизмы передвижения. Для перемещения механизмов подъема в горизонтальной плоскости служат механизмы передвижения,
8y冶 1必=8+广 旗8+00…碰8y冶 1必=8+广 旗8+00…碰а)а)"外传0…5""外传0…5"产&4W0T_产&4W0T_Рис. 60. Профили обода ходового цилиндрического (а) и конического (б) колеса с ребордами:Рис. 60. Профили обода ходового цилиндрического (а) и конического (б) колеса с ребордами:f ■ колеоо； 2』рельсf ■ колеоо； 2』рельс
8y冶 1必=8+广 旗8+00…碰
8y冶 1必=8+广 旗8+00…碰
а)
а)
"外传0…5"
"外传0…5"
产
&4W0T_
产
&4W0T_
Рис. 60. Профили обода ходового цилиндрического (а) и конического (б) колеса с ребордами:
Рис. 60. Профили обода ходового цилиндрического (а) и конического (б) колеса с ребордами:
f ■ колеоо； 2』рельс
f ■ колеоо； 2』рельс
например механизм передвижения крановых тележек в пределах остова крана или всей грузоподъемной машины. Привод механизма передвижения может быть ручным и машинным.
Различают две принципиально отличающиеся схемы механизмов передвижения тележек. Первая схема (см. рис. 43, а) — весь механизм расположен непосредственно на перемещаемом объекте. Ходовое колесо тележки движется по крановым путям. Колесо через передачу соединено с двигателем и тормозом, размещенными на передвигаемой тележке.
Вторая схема (рис. 58)——механизм расположен отдельно от перемещаемого объекта 6 и соединяется с ним канатом 4. Канат перекинут через неподвижный блок 5 и наматывается на барабан 3. Через передачу 7 барабан соединен с двигателем / и тормозом 2.
Краны и тележки грузоподъемных машин с помощью ходовых колес (рис. 59) передвигаются по рельсовым путям. В качестве рельсовых путей используют полосовую сталь, специальные рельсы, железнодорожные рельсы, двутавровые и тавровые профили. В зависимости от рельсовых путей применяют ходовые колеса с линейным (рис. 60, а) или точечным (рис. 60, б) контактом.
Диаметр и ширину поверхности катания ходовых колес определяют, исходя нз контактного напряжения от смятия. Расчет проводят по эквивалентной нагрузке с учетом коэффициента режима работы механизма. При начальном линейном контакте максимальные напряжения от сжатия
% =。>418 i^FrEn/(b^R^)《[<JHli (52)
при точечном контакте
% = 0,388 VFrE^lRi & [q], (53)
где 尸「——нагрузка на колесо;七口 ——приведенный модуль упругости материалов, £п = 2EXEJ(EX + £3) [^i，^2 ——модуль упругости соответственно рельса и колеса];匕卩 —— длина контактируемой поверхности цилиндрического колеса; 1/Rn ——приведенный радиус кривизны колеса и рельса, 1/Rn = 1/Rk 4* + 1/Rp (1/Rh——радиус колеса; 1/Rr ——радиус головки рельса).
Допускаемые контактные напряжения сжатия [о^ ] (МПа) назначают в зависимости от твердости контактируемых материалов. При линейном контакте [%] = 5 НВ (1 —0,001 НВ), при точечном контакте [ан ] = 10 НВ (1 — 0,001 НВ), где НВ — единицы твердости поверхности касания по Бринеллю. При линейном контакте колеса с рельсом [% ]л = 325 МПа для колес из чугуна СЧ 35 и 550 МПа для сталей 55Л и 45; при точечном контакте [ан]т = 2 [ан]л.
Основные размеры колес и крановых рельсов соответствуют ГОСТ 4121—76*. Размеры цилиндрических колес и допустимая нагрузка на колесо приведены в табл. 6.
Рис. 61. Схемы и определению: а 1 коэффициента оопротивления качению колеса по рельсу (% — контактные напряжения); 6 ■ вопро*квлевва передвн- жению тележки
Для колес, изготовленных из металла, работающего в упругой области, возможен теоретический расчет коэффициента сопротивления качению колеса по рельсу.
Половина ширины площадки смятия (рис. 61, а)
瓦=1,522/3凡他国).
也= 0,915/尸 R/仇 Ef也= 0,915/尸 R/仇 Ef(54)(54)Она определяет коэффициент сопротивления качению колеса по рельсу k = 4&1/Зл. При Rp = со, Ец = Е】=Е% имеем
也= 0,915/尸 R/仇 Ef
也= 0,915/尸 R/仇 Ef
(54)
(54)
В механизме передвижения, как и в механизме подъема, различают три периода работы: пуск (разгон), период равномерного установившегося движения и период торможения (остановка). В период установившегося движения при перемещении тележки или крана возникает сопротивление 尸招 передвижению (рис. 61,6), которое складывается из трения качения колеса и трения в ребордах колеса из-за перекоса тележки или крана：
尸к = (3 + 尸т)加瞪^ ^реб> (55)
6. Характеристика цилиндрических колес
Диаметр колеса, мм
Ширива колеса, мм
Грузоподъемность колеса, »
Масса колеса, кг
Коэффицвент А сопротивления качению колеса по рельсу, м
В
ЬР
250
60
50/52
3
25
З-Ю^М-КГ4
350
60
50/52
10
40
3♦10-4/4，10-4
500
95
60/60
15
120
5・10-“6・10Т
550
70
50/54
18
115
5。107/6・10-4
600
95
60/60
20
145
6。107/8，10-4
700
100
70/70
25
225
6,5・ 10-4/10. IL
800
105
80/70
35
275
7・ 10-4/12. IL
900
105
90/70
50
430
Примечание. В числителе приведены данные по плоскому рельсу, в знаменателе 一 по круглому рельсу.
где Гр—сила тяжести перемещаемо! м груза; % — сила тяжести тележки или крана; f — коэффициент трения в цапфах, для подшипников качения /=0,01... 0,015; DK, d — диаметры соответственно колеса и его цапфы, м; k — коэффициент сопротивления качению колеса по рельсу, при качении по рельсу колеса диаметром DK = 0,5 ... 0,7 м 左= =(5 8) 10-4 м; ^реб — коэффициент, учитывающий трение в ребордах и ступицах колес, для тележки йреб — 1,2 ... 1,3, для крана ^реб = 1,3 ... 1,5.
При d]% — 1/4 …1/6 g подшипниками качения общий коэффициент сопротивления качению колеса по рельсу
Рис. 62. Схема консольного настенного поворотного крана с переменным вылетом и ручным приводомРис. 62. Схема консольного настенного поворотного крана с переменным вылетом и ручным приводом底= 3 + 2田/&, (56) при хороших условиях работы 暁=0,02.
Рис. 62. Схема консольного настенного поворотного крана с переменным вылетом и ручным приводом
Рис. 62. Схема консольного настенного поворотного крана с переменным вылетом и ручным приводом
Механизм передвижения тележки по второй схеме (см. рис. 58) иногда служит и механизмом для изменения вылета консольного крана (рис. 62). Тележка 3 передвигается присоединенным к ней бесконечным канатом 4, который, в свою очередь, приводится в движение цепным колесом 2. Груз поднимается лебедкой 7. Канат для подъема груза огибает блоки, укрепленные на тележке; один его конец прикреплен к ферме крана, второй наматывается на барабан механизма подъема.
Сопротивление Fn, т передвижению тележки при изменении вылета крана равно сопротивлению & в ходовых колесах тележки и 尸бл в блоках:
尸т =尸招+尸6л =(尸D +尸簞+ % о)^реб + (尸н —尸сб).
гДе 尸т — сила тяжести тележки;尸口 ——сила тяжести груза;尸丁. 0 ——сила тяжести гибкого элемента；尸口，Fcq — натяжение соответственно в набегающей и сбегающей ветвях гибкого элемента механизма при движении тележки.
Благодаря размещению механизмов подъема и механизмов передвижения вне тележки резко сокращается ее масса и размеры. Поэтому обычно усилия сопротивления передвижению больше сил инерции, и последние не учитывают при скорости передви- ження меньше 少丁 = 3 м/мин. Недостатком данной схемы является повышенный износ гибкого элемента механизма подъема.
Мощность двигателя (кВт) механизма передвижения
儿=?Н%7(6011), (57)
где »屯一скорость тележки, м/мин; “ 一 КПД механизма.
Пусковой момент Мп = Л4с + Л4а. в + Л4И. п. Пусковой момент, приведенный к валу двигателя механизма передвижения：
М _ FKDK6 今电(% + "机
" 一 十+375咐11rl 一'
где /п — время пуска механизма передвижения, /п = 6 ... 8 с.
Как и при расчете механизма подъема, для механизма передвижения по Nc выбирают мощность эле ктр од в и гател я и определяют общее передаточное отношение механизма и0 — и/ик, где и ——частота вращения электродвигателя, мин-"1;九招一частота вращения ходового колеса, об/мин,九招=uT/(«DK).
По передаточному отношению для выбранной схемы механизма передвижения по каталогу подбирают редуктор.
Для обеспечения возможности трогания с места тележки без буксования ходовых колес должно быть соблюдено условие
尸 сц》6(Щ 尸 тяг*(58)
где Гсц — сила сцепления между ведущими колесами тележки и рельсами; 々с口 —— коэффициент запаса, ^сц = 1,1 ... 1,2;尸丁融 —— сила тяги на приводных колесах в период пуска.
Силу сцепления определяют по формуле Fc4 = 厶尸尸，где AF — суммарная нагрузка на ведущие колеса, А尸 =(储 + FT) zn/z0; z口 — число приводных колес; z0 — общее число колес; fr — коэффициент трения, при работе в помещении fr = 0,15 ... 0,17, при работе вне помещения fr = 0,12 ... 0,14.
Сила тяги на приводных колесах в период пуска
尸 тяг = 2Mн〃оП/Он・(59)
Для нормальной работы механизма передвижения максимальный момент двигателя должен быть равен максимальному пусковому моменту или быть меньше его, в противном случае возможно пробуксовывание ходовых колес. Если сила сцепления при расчете получается меньше силы тяги, умноженной на коэффициент 瓦中 то число ведущих колес тележки надо увеличить.
У мостовых кранов (см. рис. 12 ... 15) механизмы передвижения выполнены по различным схемам (рис. 63).
Механизм передвижения с тихоходным валом, схема которого приведена на рис. 63, а, применяют для кранов с пролетом до 15 м. В этом случае ведущие (приводные) ходовые колеса / соединены с валом 2 через редуктор 3 и муфту 4 с валом двигателя 5. Вместе с муфтой 4 или на другом конце вала двигателя находится тормоз 6. Мостовой кран с пролетом L и базой В устанавливают на оси ведущих / и ведомых 7 ходовых колес. Если число ходовых колес более четырех, то их помещают в балансирах на концевых балках. Механизм с тихоходным валом прост по устройству, надежен в эксплуатации, но имеет длинный тяжелый вал.
Рис. 63. Схемы механизмов передвижения мостовых кранов с машинным приводом:
а — G тнхоходнам валом; 6 ■ go среднескороатнам валом; е — с быстроходным валом; е ~ с раздельным приводом
Механизм со среднескоростным валом (рис. 63, б) имеет более легкий вал, но большее число передач. У механизма с быстроходным валом (рис. 63, 6)вал легкий, а редукторы установлены на концевых балках. Недостатком этой схемы является необходимость точной балансировки ходового вала, который работает с большой частотой вращения. Быстроходный вал необходимо проверять на жесткость при критической частоте вращения.
Для стальных валов критическую частоту вращения (об/мин) можно определить по приближенному выражению
几叩=1210d/f\
где d — диаметр вала, м; I — длина вала между опорами, м.
Критическая частота вращения должна быть больше рабочей на 15 ... 20 %.
Чтобы при движении не было недопустимого забегания менее нагруженной стороны моста (см. рис. 63, а ... в), углы закручивания трансмиссионного вала не должны превышать 1/3° на Длине 1 м.
Угол закручивания
Ф = ^^/(^р^р)>
Рис. 64. Схемы кранов на неподвижной колонне:а — без противовеоа： 6 ■ кран о про - тнвовесомРис. 64. Схемы кранов на неподвижной колонне:а — без противовеоа： 6 ■ кран о про - тнвовесомгде М — передаваемый валом вращающий момент; /——длина участка вала, нагруженного моментом; %)— модуль упругости при кручении;右一полярный момент инерции сечения вала, 厶=ла4/з2.
Рис. 64. Схемы кранов на неподвижной колонне:
а — без противовеоа： 6 ■ кран о про - тнвовесом
Рис. 64. Схемы кранов на неподвижной колонне:
а — без противовеоа： 6 ■ кран о про - тнвовесом
Стремление избавиться от трансмиссионного вала, являющегося весьма трудоемким узлом как при изготовлении, так и при монтаже, привело к появлению схемы, показанной на рис. 63, а.
Исследования ВНИИПТМАШа показали, что при ЦВ《6
можно применять систему раздельного привода, не предусматривая никакой искусственной связи, кроме самой металлоконструкции. Схема механизма передвижения с раздельным приводом получается наиболее легкой и удобной в изготовлении.
При использовании механизмов передвижения с центральным приводом и двумя ведущими ходовыми колесами (см. рис. 63, а) последние рекомендуется выполнять с коническим ободом и устанавливать так, чтобы вершины конусов находились вне пролета. Забегание одной стороны крана относительно другой вызывает качение отстающего ходового колеса по большому диаметру и автоматическое выравнивание крана. Ведомые колеса крана, а также все ходовые колеса тележек выполняют с цилиндрическим ободом.
Мт = М；. в + м;. п - м;.Мт = М；. в + м;. п - м;.(60)(60)На механизмах передвижения всех кранов с машинным приводом при скорости передвижения более 30 м/мин устанавливают тормоза. Тормозной момент
Мт = М；. в + м;. п - м;.
Мт = М；. в + м;. п - м;.
(60)
(60)
Для груженой тележки
(61)(61)a尸。*"丄(厶+Q+ /p) &So五以皈
(61)
(61)
где Fk ——сопротивление тележки при 后реб = 1；片——время торможения для механизма передвижения и поворота, /т = 3 ... 8 с.
Механизмы поворота и изменения вылета. Механизм поворота в грузоподъемных машинах служит для приведения во вращательное движение металлоконструкции крана с поднимаемым грузом. В зависимости от конструкции поворотной части краны делят на две основные группы: краны на колонне (рис. 62, 64) и краны на поворотной платформе (рис. 65).
У крана на колонне (см. рис. 64) опрокидывающий момент уравновешивается горизонтальными ГРор и вертикальными 尸目 реакциями в опорах (рис. 66).
рис. 65. Кран на поворотной платформе：
а ■ общей внд； б к детали поворотной платформа； I ■ рельо£ 2 ■ кзфон (нолеао); 8 i неподвижная колонна； 4 а поворотная иолони а
Механизм поворота рассчитывают по номинальной грузоподъемности при максимальном вылете, а металлоконструкцию крана — на усилия, возникающие от массы поднимаемого груза и от массы металлоконструкции.
Для уменьшения изгибающего момента, действующего на колонну крана, необходимо выбрать оптимальную массу противовеса (см. рис. 64, 6). Сила FKP тяжести противовеса (контргруз)
Рнс. 66. Опоры поворотного крана:
М』нижняя а подшипникамй качения; / — корпус; 2 — колонна; 3 радиальный иодшнпник; 4 — упорный подшипник; 5 — сферическая опора; 6 — втулка; 7 — цапфа- ,—верхняя о подшипниками скольжения; s — то же о подшнпиинами качении； 8二， 于о же о подшипниками качения без амазокноро материала
должна уравновесить силу &р тяжести металлоконструкции крана и частично силу тяжести поднимаемого груза. При нагруженном кране
корЛ =f口l+尸%一 %Г"
откуда
尸гор =(F，+ aA-a&)/九；(62)
при ненагруженном кране
Frop = (&爲一FMjh
Оптимальную силу тяжести противовеса определяют из условия равновесия сил Frop = Frop или
尸工+ F& 一f灯" =fкг?2 -f/1，
откуда
F^-^L + F^.(63)
Выбирая плечо /а, из выражения (63) определяем массу противовеса. Вертикальная реакция FB подпятника крана равна сумме сил тяжести груза, металле кон стру кци и и противовеса： % =f1> + % + f№(64)
Как и в механизмах подъема и передвижения, наибольший момент для поворота крана вокруг вертикальной оси будет в период неустановившегося движения. Уравнения моментов при пуске и торможении для механизма поворота имеют вид
Мн = Мс + Mg + Л4и2 + М^з；
Мт = Mui + Мн2 + М/ — М；；
где Мс — статический момент сопротивления повороту крана в опорах, при работе на открытых площадках необходимо учитывать ветровую нагрузку; МИ1 ——момент сил инерции вращающихся элементов привода; МИ2 ——момент сил инерции груза, вращающегося относительно оси поворота и расположенного на максимальном вылете; Миз — момент сил инерции поворачивающихся частей металлоконструкции (крана и противовеса).
Момент сопротивления от трения в цапфах, нагруженных реакциями 尸「ор, а также от трения в подпятнике, нагруженном реакцией
Мс = K°pf (厶/2 + d〃2) + 尸"厶/2,(65)
где f——коэффициент трения, для подшипников скольжения f = 0,1, для подшипников качения / — 0,01 ... 0,02;壮工 ——диаметр цапфы; d含 ——диаметр пяты,
Чтобы сообщить грузу, расположенному на вылете L, угловое ускорение, необходимо к стреле приложить момент
М = 18 ~ (尸，2/g) 3/fЛ.
Как и прежде, принимаем ускорение в течение процесса пуска постоянным, тогда ds/df =①/". Подставляя значение угловой 64
Рис. 67. СхемаРис. 67. Схемаразмещения механизма поворота консольного крана:
Рис. 67. Схема
Рис. 67. Схема
/ — неподвижно закрепленный венец зубчатого колеса; 2 ——шестерня зубчатой передачи механизма поворота, закрепленного вместе с вращающейся колонной; 3 ——поворотная колонна крана； 4 ——зубчатое колесо закреплено на вращающейся колонне； 5 = шестерня неподвижно закрепленного механизма поворота
скорости з = л/1с/30 и выражая частоту вращения стрелы п0 через частоту вращения двигателя nc = n/u0, получаем момент, приведенный к валу двигателя:скорости з = л/1с/30 и выражая частоту вращения стрелы п0 через частоту вращения двигателя nc = n/u0, получаем момент, приведенный к валу двигателя:% = Мс + 6% = Мс + 6^о^оп^о^оп尸也不 , £%*尸也不 , £%*375/ц375/ц93,5〃*нП 十 37嗎％п '93,5〃*нП 十 37嗎％п '(66)(66)Рис. 68. Схема механизма поворота крана с машинным приводом
скорости з = л/1с/30 и выражая частоту вращения стрелы п0 через частоту вращения двигателя nc = n/u0, получаем момент, приведенный к валу двигателя:
скорости з = л/1с/30 и выражая частоту вращения стрелы п0 через частоту вращения двигателя nc = n/u0, получаем момент, приведенный к валу двигателя:
% = Мс + 6
% = Мс + 6
^о^оп
^о^оп
尸也不 , £%*
尸也不 , £%*
375/ц
375/ц
93,5〃*нП 十 37嗎％п '
93,5〃*нП 十 37嗎％п '
(66)
(66)
где £М —— суммарный маховой момент металлоконструкции и противовеса.
Время пуска для механизма поворота зависит от режима работы крана
% = 60р/(лпс),
—л/12,—л/12,где р — угол поворота стрелы за время пуска, рад, для легкого режима f ~ ~ для среднего режима р — л/9, для тяжелого Р = л/б;
—л/12,
—л/12,
=1 ... 3 об/мин — частота вращения стрелы.
Как и для рассмотренных механизмов, уравнение моментов механизма поворота при торможении имеет вид
(67)(67)(68)(68)лХ Йf00訴」FrL2nx\ [ £几吟叫 "
(67)
(67)
(68)
(68)
где % — время торможения, % = 48 с.
Мощность привода механизма поворота
N = Mc9/n = Мс 冗九 с/(30т))・
При частоте вращения вала двигателя передаточное отношение механизма поворота
(69)(69)〃о — м/тТс •
(69)
(69)
Механизм поворота крана устанавливают на поворотной (рис. 67, а) или неповоротной частях крана (рис. 67, 6). В первом случае зубчатый венец укрепляют на неповоротной части крана, во втором — на поворотной части. При большом диаметре зуб-
Рнс. 69. Предохранительная фрикционная коническая муфта червячного редуктора механизма поворота кранаРнс. 69. Предохранительная фрикционная коническая муфта червячного редуктора механизма поворота кранаРнс. 70. Схема к определению усилия для изменения вылета консольного крана путем наклона стрелы:/ — механизм подъема груза； 2 一 механизм изменения вылета стрелы; 3 …стрела кра наРнс. 70. Схема к определению усилия для изменения вылета консольного крана путем наклона стрелы:/ — механизм подъема груза； 2 一 механизм изменения вылета стрелы; 3 …стрела кра на
Рнс. 69. Предохранительная фрикционная коническая муфта червячного редуктора механизма поворота крана
Рнс. 69. Предохранительная фрикционная коническая муфта червячного редуктора механизма поворота крана
Рнс. 70. Схема к определению усилия для изменения вылета консольного крана путем наклона стрелы:
/ — механизм подъема груза； 2 一 механизм изменения вылета стрелы; 3 …стрела кра на
Рнс. 70. Схема к определению усилия для изменения вылета консольного крана путем наклона стрелы:
/ — механизм подъема груза； 2 一 механизм изменения вылета стрелы; 3 …стрела кра на
чатого венца последний может быть выполнен как цевочное колесо с большим передаточным отношением.
В связи с тем, что частота вращения поворотной части крана обычно не превышает 8 об/мин, передаточное отношение даже при тихоходных двигателях получается очень большим (и0〉100). Поэтому в механизмах вращения часто применяют червячные передачи (рис. 68). Механизм вращения состоит из двигателя 5, червячного редуктора 4, зубчатой передачи 2 и 3. Венец зубчатой передачи укрепляют на поворотной колонне крана 1.
Вследствие больших динамических усилий при пуске и торможении, точное определение которых в большинстве случаев затруднительно, и из-за возможности поломки редукторов необходимо предохранительное устройство. В простых механизмах предохранительное устройство выполняют в виде срезающих штифтов, а в сложных — в виде фрикционных муфт (рис. 69), где от чер вячного колеса 3 коническим диском 2 вращение передается валу 1, Предохранительное устройство рассчитывают на передачу момента Л4пред = (1,15 ... 1,25) Ма,
В консольных кранах (см. рис. 65, а), где изменение вылета производится наклоном стрелы, устанавливают дополнительную лебедку (рис. 70), которая работает вместе с лебедкой механизма подъема груза. Для изменения вылета стрелы дополнительная лебедка должна развивать усилие
Ев =(尸Q + 尸 стр" — F шах^шах)/Лв» (70)
Контрольные вопросы
Какие гибкие элементы используют для грузоподъемных машин?
Как определяется кратность полиспаста?
Как производится выбор диаметра блока нлн барабана?
Какие виды деформаций возникают н стенках барабанов?
Для чего применяются крюковые подвеслн?
Для чего предназначены остановы н тормоза?
Дайте классификацию тормозов н нх схемы.
Что является исходной величиной для расчета тормоза?
Из чего состоит механизм подъема грузоподъемной машины?
Из чего состоит механизм передвижения тел еж кн и крана?
Для чего служит механизм поворота и изменения вылета крана?
ОСНОВНЫЕ ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА
Механизмы, используемые для подъема и фиксации груза в определенном положении, делят на простые устройства (домкраты, лебедки и тали) и более сложные машины (краны и подъемники). На основе универсальных грузоподъемных машин (кранов) возникли и современные автоматизированные робототехнические комплексы.
ДОМКРАТЫ
Домкраты относят к группе простейших подъемных механизмов, применяемых для подъема различных грузов на высоту, обычно не превышающую 1 м. В отличие от других подъемников домкраты поднимают груз снизу, чем создают неустойчивое равновесие, требующее предохранения от опрокидывания. По принципу действия и конструктивным особенностям домкраты подразделяют на винтовые (рис. 71, о), реечные (рис. 71, 6) и гидравлические (рис. 71, в). Домкраты бывают с ручным и механическим приводом. Винтовые домкраты просты по устройству и надежны в эксплуатации, не требуют стопорных и тормозных устройств. Винты домкратов имеют самотормозящую прямоугольную или трапецеидальную резьбу. Грузоподъемность ручных винтовых домкратов 1 ・..20 т.
Винтовой домкрат (рис. 71, о) состоит из винта 2 с головкой 4, гайки 3 и корпуса 1. Ниже головки на стержне винта находится рукоятка 5 с трещоткой для вращения винта. Усилие на приводной рукоятке для подъема груза без учета трения в резьбе винта и в пяте опорной головки
尸0 =尸》&c〃)tga,
где 尸口 ——сила тяжести поднимаемого груза; г0 ——средний радиус винтовой резьбы, г(； = (d + d，/4; / ——плечо приводной рукоятки; а ——угол подъема самотормозящей винтовой линии, а V 6°.
Действительное усилие (Н) g учетом трения
一 =F&t) [tg (а + р) + (U%)小(71)
где гг — средний радиус пяты опорной головки; р ——угол трення, р = arctg f а *6°; f — коэффициент трення в резьбе и в опорной пяте головки, f к 0」.
Рис. 71. Домкраты：
а » винтовой; 0 0 реечиав а вубча«о& передаче&2 в « ридравлическив поршиевов
Передаточное отношение винтового домкрата а =尸J尸t превышает 70 ... 80.
КПД домкрата
П = tg a/[tg (а + Р)(G〃c)丹・ (72)
Недостатком винтовых домкратов является низкий КПД (Я = 0,3 ... 0,5) и малая скорость подъема груза (% = 15 … 35 мм/мин).
Подъемный винт домкрата работает на сжатие и кручение. При большом вылете винта необходима проверка его на устойчивость и на продольный изгиб. Нарезку винта проверяют на смятие.
В ручных реечных домкратах (рис. 71, б) подъем осуществляется с помощью зубчатой рейки» которую перемещают вдоль направляющих, расположенных внутри кожуха домкрата. Реечные домкраты делят на рычажно-реечные и реечно-зубчатые. Грузоподъемность рычажно-реечных домкратов может достигать 15 т. Домкраты с зубчатой рейкой изготовляют грузоподъемностью 0,5 ... 25 т. Реечные домкраты по Правилам Госгортехнадзора приводятся в движение безопасной рукояткой.
Для уменьшения массы и компактности конструкции в реечнозубчатых домкратах применяют ведущие шестерни G минимальным числом зубьев 伍皿=4).
Реечный домкрат имеет кожух / из листовой стали, в котором находится зубчатая рейка 2. Вверху рейка заканчивается вращающейся На пальце опорной головкой. При подъеме груза движение от рукоятки 4 передается через ведущий вал, шестерню 3 к шестерне 6, которая находится в зацеплении с рейкой 2. Поднятый груз удерживается храповым остановом 5. Передаточное отношение зубчатой передачи находится из соотношения
“ =Fvt^I(F "通 (73)
где гш ——радиус шестерни 6; г ——радиус рукоятки; 口 一 КПД зубчатой передачи, / » 0,83.
Гидравлические домкраты отличаются от реечных и винтовых домкратов большей грузоподъемностью (до 750 т), относительно высоким КПД и плавностью подъема.
Обычный поршневой гидравлический домкрат (рис. 71, в) состоит из цилиндра /, поршня 2, резервуара 3 для жидкости, в которой помещен плунжерный насос 4, приводимый в действие рычагом.
Большая грузоподъемность гидравлических домкратов обеспечивается высоким передаточным отношением, соответствующим соотношению площадей подъемного поршня и плунжера насоса, и высоким КПД. Передаточное отношение
u = oiR2 加产. (74)
При работе плунжерного насоса жидкость подается в цилиндр и поднимает поршень домкрата с грузом. После прекращения подъема открываются клапаны 7 и 9 и жидкость из цилиндра перетекает в резервуар, в результате чего опускается поднятый поршень. Клапаны 7 и Р открываются упором 6 и штоком 8 при повороте рукоятки 5 вправо до отказа.
При рабочем давлении жидкости в цилиндре домкрата р = = ?“一j- необходимая сила на приводном рычаге
11
1
1
где D — диаметр поршня; L — длина приводного рычага; Z — длина кулачка, движущего плунжер; Т] — КПД домкрата, Т] = 0,75.
По манометру, показывающему давление р в цилиндре гидравлического домкрата, в отличие от других систем домкратов, можно постоянно следить за нагрузкой.
Толщину стенок цилиндра домкрата определяют по формулам, приводимым в курсе «Сопротивление материалов» при расчете на прочность толстостенных сосудов, работающих под действием равномерного внутреннего давления.
Параметры гидроцилиндров регламентированы ГОСТ 6540—68* (СТ СЭВ 3936—82).
ЛЕБЕДКИ
Лебедку применяют для перемещения груза с помощью гибкого элемента. Она может входить как составная часть в более сложные грузоподъемные устройства (кран, подъемник и др.). Лебедки могут быть с ручным и машинным приводом.
При ручном приводе на валу лебедки крепят рукоятку. По Правилам Госгортехнадзора все ручные подъемные механизмы должны быть снабжены устройствами, предотвращающими опасное для обслуживающего персонала произвольное вращение рукоятки под действием груза. Такие устройства называют безопасными рукоятками.
При прекращении вращения рукоятки тормоз под действием грузового момента автоматически развивает тормозной момент, пропорциональный массе груза, останавливает его и удерживает в подвешенном состоянии. Для опускания груза необходимо в течение всего^времени спуска прилагать внешний момент со стороны привода.
Рнс. 72. Схема безопасной рукоятки лебедкиРнс. 72. Схема безопасной рукоятки лебедкиК безопасным относится рукоятка, сконструированная по типу дискового грузоупорного тормоза с размыкающимися поверхностями трения, которые замыкаются грузом (рис. 72). На валу 5 закреплена на шпонке резьбовая втулка с диском /. Второй диск 4 представляет собой гайку с рукояткой 6. Между этими дисками находится храповое колесо с собачкой 3. Храповое колесо свободно сидит на втулке диска 1. Зазор между трущимися поверхностями ограничен шайбой. Резьба на втулке Диска / направлена так, что при вращении рукоятки по часовой стрелке (при подъеме груза) гайка перемещается влево и зажимает храповое колесо 2 между дисками 1 и 4. Благодаря соответствующему направлению зубьев храпового колеса диски и храповое колесо могут свободно вращаться при подъеме груза. По окончании подъема груз останавливается, так как храповое колесо удерживается от обратного вращения собачкой 3, а диски / н 4 сцеплены G храповым колесом силой трения (момент от груза как при подъеме, так и при спуске направлен в одну и ту же сторону).
Рнс. 72. Схема безопасной рукоятки лебедки
Рнс. 72. Схема безопасной рукоятки лебедки
Для спуска груза необходимо вращать рукоятку против часовой стрелки. Так как вал 5 и диск / закреплены от осевого смещения, то диск 4 будет перемещаться по резьбе вправо до тех пор, пока момент трения между дисками и храповым колесом станет недостаточным для удержания Диска от вращения под действием
Рис. 73. Лебедка общего назначения с ручным приводом
силы тяжести груза. При этом груз начнет опускаться. Свободное опускание груза продолжается до тех пор, пока угловая скорость диска / не превысит угловой скорости вращения рукоятки. Тогда втулка диска 1 опять начнет передвигаться по резьбе и перемещать диск 4 влево, увеличивая момент трения меж^у дисками и храповым колесом и прекращая их относительное перемещение. Это относительное перемещение переходит в непрерывное скольжение дисков ? / 4 no храповому колесу 2, при котором груз опускается со скоростью, не превышающей соответствующей окружной скорости рукоятки.
Станина 1 лебедки (рис. 73) скреплена тягами 2. Вращение от рукоятки 6 передается барабану 3 через зубчатую передачу 4. Поднятый груз удерживается храповым колесом 5. При многоступенчатой зубчатой передаче передаточное отношение следует распределить так, чтобы большее передаточное отношение было у барабана, а меньшее у рукоятки. В этом случае удлиняется срок службы зубчатых передач и уменьшается сопротивление сил инерции, что особенно важно при машинном приводе.
Лебедки с машинным приводом (рис. 74), чаще всего с электрическим, широко применяют в механизмах подъема кранов различных конструкций. Лебедка состоит, из барабана /, редуктора 2, тормоза 3 и электродвигателя 4. Все эти механизмы крепят на общую раму 5.
Угловые скорости барабана лебедки с ручным приводом незначительны (скорость % = 0,007+0,0075 м/с). Расчет лебедки ведут по статическому моменту кручения на валу барабана Мсб = =FjDp/2 и на валу рукоятки Мр [формула (3) ], где Гг ——грузоподъемность лебедки без полиспаста; 与 一 расчетный диаметр барабана, % = А + (2гс — 1) 4; гс — число слоев навивки каната. Общее передаточное отношение мобщ = Мсб/(МрП)получается большим, поэтому для лебедок используют и встроенные планетарные или червячные передачи. У электрических лебедок при скорости движения каната % = 0,5 ... 1 м/с и частоте вращения вала электр одви гател я пд = 750 ... 2800 об/мин передаточное отношение редуктора и = /гд//1б получается также большим.
Рис. 74. Лебедка общего назначения с электрическим приводом
Лебедки широко используются в качестве самостоятельных механизмов или являются составной частью грузоподъемных машин —в механизмах подъема, механизмах передвижения тележки стрелового крана и др.
123, ТАЛИ
Обособленную группу механизмов подъема, отличающуюся компактностью, составляют тали с ручным и электрическим приводом. Они предназначены для подъема грузов 0,25 ... Ю т на большую высоту (до 24 м) со скоростью до 8 м/мин. Тали с ручным приводом бывают червячные (рис. 75, а) и шестеренчатые (рис. 75, б).
Червячные тали изготовляют грузоподъемностью от 0,5 до 10 т. Червячную передачу для повышения КПД делают несамо- тормозящейся и обычно применяют двухзаходный червяк. По принципу действия таль напоминает лебедку. В качестве гибкого элемента (рис. 76) для тали используют пластинчатую (или круглозвенную) цепь 8, для обеспечения компактности механизма — звездочку 1 с малым числом зубьев. Тали имеют дисковый или конический тормоз 3 грузоупорного типа, замыкающийся от осевого усилия червяка 7. Вращение червяка и червячного колеса 4 производится приводной круглозвенной цепью 6 через цепное колесо 5. При необходимости перемещения груза в горизонтальном направлении таль подвешивают на крюке 2 к кошке или к приводной тележке.
Тележка (рис. 77) перемещается по рельсу 10. Для этого имеются колеса / с осями 2, закрепленными в боковых накладках 3. Боко- 72
вые накладки стянуты шпильками 4, а для подвешивания тали имеется траверса 5. Колеса 9 приводятся во вращение цепью 8 через зубчатую передачу 6 с колесом 7.
При грузоподъемности до 1 т, небольшой высоте подъема и небольшом расстоянии для перемещения груза тележку можно выполнять без привода. В этом случае тележка передвигается при толкании подвешенного груза. При большой грузоподъемности или высокой скорости подъема применяют таль с электрическим приводом — электроталь (рис. 78, о). Она состоит из двигателя 1, грузового барабана 2, редуктора с зубчатыми колесами 3, корпуса редуктора 4, дискового тормоза 6 и грузоупорного тормоза 5. При небольшой грузоподъемности и легком режиме работы электротали грузоупорный тормоз иногда не устанавливают.
Конструкция электротали упрощается с применением встроенных в электродвигатель тормозов или самотормозящегося электродвигателя. У самотормозящегося электродвигателя (рис. 78, 6) ротор 10 имеет коническую форму, соответствующую форме конической расточке статора. Когда электродвигатель не включен, ротор 10 силой сжатой пружины 7 выталкивается по направлению оси вращения ротора из расточки статора. При этом конус 8, насаженный на вал ротора, прижимается к тормозящей конической поверхности 9 на внутренней стороне крышки электродвигателя. При включении электродвигателя ротор автоматически втягивается в коническую расточку статора, где зазор уменьшается до нормальной величины, пружина 7 при этом сжимается, а конус тормоза отходит от конической поверхности 9 на крышке электродвигателя. В этом случае торможение ротора Прекращается и электродвига- тель нормально работает.
а)а)Рис. 75. Схемы талей с ручным приводом:a i червячная； 0 — шестеренчатаяРис. 75. Схемы талей с ручным приводом:a i червячная； 0 — шестеренчатаяТакими электродвигателями снабжены электротали «Балкан- кар》типа Т10232, имеющие грузоподъемность 500 кг при высоте подъема 12 м, скорости подъема 8 м/мин и скорости передвижения 20 м/мин. Электродвигатель механизма подъема имеет мощность N = 0,75 кВт при частоте вращения пд = 920 об/мин. Планетарный редуктор механизма подъема имеет передаточное отношение 〃目=33. Электродвигатель механизма передвижения имеет мощность N = 0,12 кВт
а)
а)
Рис. 75. Схемы талей с ручным приводом:
a i червячная； 0 — шестеренчатая
Рис. 75. Схемы талей с ручным приводом:
a i червячная； 0 — шестеренчатая
Рис. 76. Червячная тальРис. 76. Червячная таль
Рис. 76. Червячная таль
Рис. 76. Червячная таль
при частоте вращения п = 870 об/мин и снабжен зубчатым редуктором с передаточным отношением 〃 = 7,5.
Таль передвигается на тележке с электрическим приводом (рис. 79) по подвесному пути. Двигатель 1 через зубчатую передачу (2, 3 и 4) приводит во вращение колеса 5, с помощью которых тележка перемещается по монорельсу 6. Монорельс выполняют или из стандартного двутавра [ГОСТ 2239—79* (СТ СЭВ 3569—82)], или из специальных профилей. При скорости передвижения Электр отали более 30 м/мин механизм передвижения тележки снабжают тормозом. Для меньших скоростей передвижения тележки изготовляют без тормозов.
Однорельсовая тележка с электрическим приводом и электрической подъемной лебедкой получила название тельфер (от греческого «телеферо» — далеко возить).
При малой грузоподъемности и большой скорости передвижения применяют электротягачи, в которых приводное колесо тележки выполнено в виде ролика, покрытого резиной.
Рис, 77. Монорельсовая тележка с ручным механизмом передвижения
Рис. 78. Схема механизма подъема электротали
Для дальних перевозок появились электротягачи с пневматическими резиновыми тяговыми колесами и тягой, не зависимой от сцепного веса. Они образуют подвесные рельсовые дороги. Их отличие от других надземных рельсовых дорог состоит в том, что центр тяжести подвижного состава и груза расположен ниже точки опоры колеса о рельс дороги. Такие дороги стали применять как средство внутрицехового транспорта вместо подвесных цепных конвейеров. Это позволяет автоматизировать весь
цикл транспортных операций с автоматическим управлением и адресованием, включая применение ЭВМ, что значительно рас
ширило возможность автоматизации транспортных операций в
промышленности.
Грузоподъемность вагонеток подвесных рельсовых дорог 0,25 ... 20 т и производительность до 3000 т/ч.
Скоростные (скорость до 150 км/ч) подвесные дороги на электрической тяге и экипажах на пневмоколесном ходу или на магнитной подвеске обеспечивают лучшие условия для окружающей среды (по уровню шума и загрязнению воздуха), чем другие виды транспорта. В СССР, во Львове создан Проектно-конструкторский институт конвейеростроения по проектированию подвесного рельсового транспорта, а львовский конвейеростроительный завод (ЛКЗ) специализируется на изготовлении этого оборудования. Новые и реконструированные заводы автомобильной промышленности имеют подвесной рельсовый транспорт и конвейеры суммарной протяженностью сотни километров.
КРАНЫ
Грузоподъемные краны, как было сказано, бывают стрелового, мостового и кабельного типов, с ручным и машинным приводом, стационарные и передвижные. Рассмотрим стационарные краны общего назначения, которые применяют при механизации подъемно-транспортных работ во всех отраслях народного хозяйства.
Краны стрелового типа. Основными параметрами таких кранов являются: грузоподъемность, скорость подъема груза, скорости передвижения тележки и поворота крана, вылет стрелы, наибольшая высота подъема, угол поворота и размеры.
Вылет стрелы / (см. рис. 64) крана — расстояние по горизонтали от оси вращения поворотной части до вертикальной оси грузозахватного органа. Краны бывают с постоянным (рис. 80) 76
и о переменным (см. рио. 62) вылетом стрелы. Краны с переменным вылетом обслуживают большие площади. Стационарные поворотные краны предназначены для обслуживания отдельных рабочих мест на производственных участках и в цехах, при производстве строительно-монтажных и погрузочно-разгрузочных работ. В зависимости от расположения опор и способов установки стационарные поворотные краны делят на краны с внешней верхней опорой (см. рис. 62, 80), краны без внешней верхней опоры — свободностоящие на неподвижной колонне (см. рис. 64) и краны на поворотной платформе (см. рис. 65).
В кране с внешней верхней опорой подъемная лебедка расположена на металлоконструкции. Угол поворота стрелы составляет 120 ... 180°. Грузоподъемность таких кранов редко превышает 1,5 т. Простота и небольшая стоимость являются главным преимуществом такого крана. Один из недостатков такого крана в том, что угол поворота не более 180°.
Этот недостаток отсутствует у стационарного полноповоротного крана на йеподвижной колонне (см. рис. 64, а), который устанавливают на открытых площадках фабрик и заводов. Лебедка механизма подъема крана расположена на крановой метал
локонструкции и вращается вместе с краном вокруг колонны. Для обеспечения устойчивости крана от опрокидывания колонна закреплена на неподвижном основании. Для уравновешивания рабочего груза и отдельных частей крана во время работы часто устанавливают противовес (см. рис. 64, б). Грузоподъемность крана без противовеса обычно не превышает 25 т.
Краны мостового типа. Для перемещения грузов внутри цехов
и складов широкое распространение получили мостовые и козловые краны (см. рис. 12 ... 15). В зависимости от конструкции моста краны бывают однобалочные (кран-балки) и двухбалочные.
Параметрами мостовых кранов являются: грузоподъемность, пролет L крана, скорость рабочих движений и режим работы крана. Пролет L крана (см. рис. 12) — расстояние по горизонтали между осями рельсов подкранового пути. Расстояние между ходовыми колесами крана, измеренное параллельно подкрановому пути, называют базой В крана.
Наиболее простой конструкцией мостового крана является
Рнс. 80. Настенный консольный кран с постоянным вылетом стрелы:
I — поворотная колоииа; 2 — металлокоис®и рукция крана; 3 — неподвижный отклоняющий блок механизма подъема груза
кран-балка, которая с помощью двух тележек на ее концах мег жет перемещаться вдоль цеха по подкрановому пути. Подкрановые пути опираются на колонны (опорная кран-балка, см. рис. 12) или эти пути подвешивают к строительным конструкциям (подвесная кран-балка, см. рис. 13). По нижней полке двутавровой балки крана перемещается обычная таль с ручным или электрическим приводом. Грузоподъемность кран-балок 0,25 ... 5 т; пролет 8 ... 15 м; скорость подъема груза 6 ... 8 м/мин； скорость передвижения электрической тали 30 ... 80 м/мин.
При большой грузоподъемности (5. ... 29 т) и значительных пролетах (5 ... 32 м) применяют мостовые краны в машинным приводом, которые представляют собой конструкцию из главных (продольных) и концевых (поперечных) балок, опирающихся на ходовые колеса. Главные балки моста крана располагают поперек подкрановых путей. Они предназначены для установки и передвижения по ним крановой тележки. Концы главных балок жестко соединены с концевыми балками, расположенными вдоль подкрановых путей. Главные балки мостовых кранов выполняют в виде сплошных балок или решетчатых ферм.
Механизмы подъема и передвижения тележки мостового крана расположены на тележке (см. рис. 43, а). Механизм передвижения крана выполнен по одной из схем, приведенных на рис. 63. Для механизма подъема мостовых кранов использованы стандартные горизонтальные редукторы серии РМ или ЦЦ. В механизмах передвижения крановых тележек применены вертикальные редукторы серии В К, а в механизмах передвижения моста — редукторы обеих серий.
Козловые краны (см. рио. 15) — это краны мостового типа, несущие элементы конструкции которых опираются на подкрановый путь с помощью двух опорных стоек. Козловые краны применяют в промышленном и гражданском строительстве, в качестве перегрузочных устройств на складах и для обслуживания открытых строительных площадок. Грузоподъемность козловых кранов 1 ... 300 т, пролет 15 ... 40 м.
Кабельные краны (грузоподъемность 1,5 ... 25 т, пролет 250 ... 900 м) обычно применяют на открытых складах и для подачи строительных материалов при строительстве крупных сооружений. Кабельный кран (см. рис. 16) состоит из двух опор I и натянутого между ними несущего каната 2, по которому с помощью тягового каната 3 передвигается грузовая тележка подъемного механизма.
Металлоконструкции кранов. На металлоконструкции монтируют все рабочие механизмы, электрооборудование, двигатели и приборы управления краном. Металлоконструкция крана воспринимает нагрузки от собственной массы, массы поднимаемого груза и передает эти усилия на фундамент или опорные конструкции здания. Металлоконструкции бывают клепаные и сварные, в виде сплошных балок или ферм.
Рис. 81. Схема определения усилий в стержнях фермы кранаРис. 81. Схема определения усилий в стержнях фермы кранаПри расчете ферм поворотного крана (см. рис. 64) определяют усилия, возникающие в стержнях фермы при работе крана, и подбирают сечения. Усилия в стержнях возникают от полезной нагрузки крана, натяжения гибкого элемента механизма подъема или механизма изменения вылета и собственной массы крана. Усилия в стержнях фермы можно определить, как известно, аналитическим или графическим способом, последний является
Рис. 81. Схема определения усилий в стержнях фермы крана
Рис. 81. Схема определения усилий в стержнях фермы крана
более наглядным.
Сначала строят график стержневых усилий от полезной нагрузки 尸г (рис. 81). Конструкция фермы задается вылетом L, высотой Я1Пах подъема груза и принятым по местным условиям расстоянием 用 между подшипниками. Известно только Гг, а неизвестны —стержневые усилия 尸卜 尸2,尸з и реакции 尸;，FH и FB.
Так как при решении статических задач с фермами внешние силы должны быть приложены к ее узлам, то вместо действительных реакций временно введем в расчет фиктивные, условные реакции, приложенные к узлам II и ///, по которым легко определить действительные реакции. Неизвестные величины определяют, выделив отдельные узлы фермы и рассмотрев системы сил, действующих на каждый узел.
Построение диаграммы Кремона начинают с узла /, на который действуют нагрузка 尸「，стержневые усилия Гх и Л2. Эти три силы, находящиеся в равновесии, должны составить в силовом графике замкнутый треугольник векторов. По величине и направлению известна сила 户「，а также направления Гх и 尸?• Длину сторон / и 2 определяют в принятом для построения графика масштабе значений усилий 尸^ и Г2, а непрерывность векторов ——характер этих усилий: усилие F* стержня I направлено от узла /, значит, этот стержень растягивается силой 尸力 усилие Г2 стержня 2 направлено к узлу I, следовательно, стержень 2 сжимается силой 尸2・ ，
На узел II действуют стержневые усилия 尸^н Г3и реакция 尸;. Здесь также известно одно усилие 尸i и направление двух других сил. Направление известной силы 尸工 для узла II противоположно направлению этой силы для узла / (новое направление силы 尸工 обозначено на графике двойной стрелкой). Из равновесия узла II по треугольнику определяем неизвестные силы.
Аналогично рассматриваем и узел ///, на который действуют известные уже силы 尸纟玄 尸3 к неизвестные 尸二 и 尸в・ По существу этот узел можно и не рассматривать, так как ясно, что Гг =尸; и 尸в = 尸р，но для полноты картины и подтверждения правиль-
ности решения задачи необходимо довести ее решение до конца.
Таким же образом определяют дополнительные усилия в стержнях фермы от натяжения гибкого элемента.
Дальнейший расчет фермы крана проводят в такой последовательности.
По неполным стержневым усилиям от полезной нагрузки и натяжения гибкого элемента определяют сечения стержней по пониженным (примерно на 15 ... 20 %), допускаемым напряжениям и выбирают профили стержней по таблицам.
Рассчитывают массу стержней и распределяют ее вместе о массами установленных на ферме механизмов крана по узлам.
Строят графики усилий в стержнях, учитывая реальные массы фермы с механизмами.
Определяют суммарные полные стержневые усилия.
Проводят окончательный поверочный расчет принятых сечений стержней.
Горизонтальные реакции в подшипниках определяют из равенства Frop/i = F^op/f, откуда
Fгор = Кор力'/力 И Fгор = Fr.
Сечение стержней, работающих на растяжение, рассчитывают на растяжение с учетом ослабления сечений отверстиями для заклепок (при клепаных фермах). Сжатые стержни рассчитывают о учетом продольного изгиба
^сж =尸/(々н^бр)《[Осж】，(75)
где F — сила, сжимающая стержень; % — коэффициент, характеризующий уменьшение допускаемого напряжения при продольном изгибе, который зависит от коэффициента % гибкости стержня,九=〃г = “ J/^*^^~ = Хпред (/——длина стержня; Jmin ——минимальный момент инерции стержня); Лбр——площадь сечения сжатого стержня без учета ослабления отверстиями под заклепку.
Значения коэффициента kB уменьшения допускаемого напряжения приведены ниже:
九.1030507090100130150170190200
йи. . . 0,990,950,890,810,690,600,400,32 0,260,210,1-9
Устойчивость стержней, подвергаемых растяжению или сжатию с изгибом, проверяют по формуле
ауст = Р/(^Н^4бр) + M/W бр ^ [^Izr(76)
где М—• расчетный изгибающий момент; 呼бр —— расчетный момент сопротивления сечения.
Необходимая жесткость стержней достигается ограничением предельно допустимой гибкости %пред. Для стержней главных ферм при сжатии Хпред = 120 ... 150, при растяжении Хпред = =150 ... 180; для стержней вспомогательных ферм соответственно
80
Рис. 82. Кран-балка с ручным приводом:
7 — механизм подъема (таль); 2 а механнзм передвижения; 3 金 главная балка; 4 т концевые балки
九пред = 150 ... 250 и 九пред = 200 ... 300. Гибкость растянутых стержней ограничивают для снижения вибрации, а сжатых стержней —для уменьшения искривления от собственных сил тяжести при случайных толчках.
Допускаемые напряжения на растяжение и на сжатие для стали СтЗ в пределах 140 ... 160 МПа в зависимости от режима работы крана.
В мостовых кранах малой грузоподъемности (рис. 82) основным несущим элементом моста является двутавровая балка. Балку мостового крана рассчитывают на изгиб от веса балки и веса тележки с грузом. Если расстояние между осями колес тележки составляет менее 0,lL, то балку рассчитывают на изгиб под действием сосредоточен ной нагрузки.
Независимо от прочности крановые балки должны обладать достаточной жесткостью во избежание вибраций при работе. Для этого определяют прогиб балок в середине пролета под действием сил 尸「тяжести груза и 尸т тележки. Прогиб каждой балки двухбалочного крана
9 =。，5 (Fp + Ft)L3/(48EJ)《[у],
где J — момент инерции сечения балки в плоскости действия изгибающего момента.
Для кранов g механическим приводом прогиб должен быть не более [у] & L/700.
Очень часто последний расчет бывает решающим, так как для обеспечения требуемой жесткости сечение крановой балки приходится делать больше, чем требуется при расчете ее на прочность.
Для предварительных расчетов иногда необходимо знать силу тяжести тележки или крана. Их берут или по аналогам выполненных конструкций или вычисляют ориентировочно: сила тяжести тележки мостового крана 尸工 — 0,4尸「， а полная сила тяжести мостового крана FKp — (0,84 …0,96)
ПОДЪЕМНИКИ
Подъемниками называют грузоподъемные машины, транспортирующие грузы по вертикальному либо близкому к вертикальному направлению. В зависимости от назначения подъемника грузонесущими устройствами являются клети, ковши или площадки. Подъемники применяют на промышленных предприятиях, в жилых многоэтажных домах и на строительных площадках. Наиболее распространены клетьевые шахтные подъемники (лифты).
Лифты. Шахтные подъемники (рис. 83) применяют для вертикального перемещения (подъема и спуска) грузов и людей (грузовые и пассажирские лифты). Их устройство, эксплуатация и нормы расчета регламентируются Правилами Госгортехнадзора.
Основными частями лифта (рис. 83, а) являются: кабина 4, направляющие 5 для кабины, шахта 6, противовес /, канат 2 для подвешивания кабины и механизм 3 подъема. В зависимости от высоты подъема и скорости движения лифты делят на тихоходные, быстроходные и высокоскоростные. Скорость движения кабмнн лифтов 0,15 ... 1 м/с, в высотных зданиях до 3,5 м/с. Грузоподъемность лифтов колеблется в значительных пределах: для пассажирских лифтов 140 ... 700 кг (2 ... 10 человек), для грузовых лифтов 0,25 ... 10 т.
Обычно кабина лифта размещается в шахте, ограниченной со всех сторон сплошными несгораемыми стенками. При расположении лифта в лестничной клетке шахта ограничивается металлической сеткой. Площадь пола кабины пассажирского лифта принимают из расчета 0,2 ... 0,5 м2 на одного человека. Сила тяжести кабины зависит от площади пола 4n (м2). При грузоподъемности лифта 5 т сила тяжести кабины (кН)尸нао ^ 3 + Лп.
В качестве механизма подъема в лифтах применяют лебедки барабанного типа или лебедки с канатоведущими шкивами (рис. 84). При применении лебедки барабанного типа (рис. 84, о) канат, присоединенный через блок к кабине, навивается на барабан, в результате чего кабина поднимается. При большой высоте подъема барабан лебедки может достигать больших размеров, ограничивающих применение привода этого типа.
Рис. 83. Лифты:
a j G верхним расположениеи привода (в канатоведущим шкнвои); 6 ■(з кижниы рае* положением привода
Более совершенным типом привода лифта является лебедка с канатоведущим шкивом (рис. 84, б), передающим тяговое усилие от двигателя канату трением. Канатоведущий швив рассчитывают на прочность, исходя из условий передачи канату канатоведущим шкивом двойной статической нагрузки. На привод от канатоведущего шкива не влияет высота подъема лифта, что способствует их широкому применению.
Лифты могут быть с верхним и нижним расположением при- вода. Лифты с верхним расположением привода (см. рис. 83, а) более компактные, особенно лифты с канатоведущим шкивом, но в жилых домах для уменьшения шума иногда применяют нижнее расположение привода (см. рис. 83, б). В этом случае кабина 4 лифта движется по направляющим 5 шахты 6. Кабина и противо-
Рис. 84. Схемы механизмов подъема лифта:
/ I привод от барабана лебедкн; 2 f канат; 3 — кабина； 4 — противовес： 6 I привод от? канатоведущего шкива
вес / соединены канатом 2* который приводится в движение лебедкой 3. Лебедку размещают в подвальном помещении. Лебедки барабанного типа и с канатоведущим шкивом оборудованы тормозом, который автоматически замыкается при выключении тока.
Для создания бесшумности и безопасности работы в механизмах подъема применяют червячные редукторы.
Для снижения нагрузки на двигатель кабину уравновешивают противовесом. В зависимости от режима работы лифта сила тяжести противовеса
= ^каб + (1 — &) 3,(77)
где 5каб ——сила тяжести кабины; а ——коэффициент уравновешенности, а = =0,4 ... 0,5;尸р ——наибольшая сила тяжести поднимаемого груза.
Мощность двигателя механизма подъема при установившемся движении, кВт,
2 = (1 — а) Ао/ц,(78)
где V ■—скорость кабины, м/с; т] — общий КПД.
Стальные канаты для подвешивания кабины рассчитывают по наибольшему допускаемому натяжению с обязательным учетом массы кабины, массы канатов от точки сбегания с барабана или шкива до кабины и максимальной грузоподъемности лифта. Коэффициент запаса прочности для каната принимают 8 ... 15 в зависимости от скорости движения кабины, а также назначения лифта. Для уменьшения диаметров блоков и канатов в лифтах применяют подвески из двух, четырех или шести канатов.
Для предотвращения самопроизвольного падения кабины все лифты снабжены специальными механизмами 一 ловителями для немедленной остановки кабины при обрыве каната или при скорости движения кабины на 15 % выше заданной. В последнем случае ловитель приводится в действие ограничителем скорости. Для тихоходных лифтов применяют ловители резкого торможения, а для быстроходных — ловители скользящего типа, которые останавливают кабину не мгновенно, а на некотором участке пути.
Наиболее простым и распространенным типом ловителя является клиновой (рис. 85). Клин 4 ловителя соединен рычагом /
С натянутым грузовым канатом 2. При обрыве каната 2 клин под действием пружины 3 входит в зазор между колодкой 6 и направляющей 5. При этом башмаки 7 прижимаются к направляющей 5 лифта и останавливают кабину, соединенную с башмаками. Схема привода ловителя при двухканатной подвеске кабины приведена на рис. 86, а. При обрыве одного каната / (рис. 86, б) траверса 2 подвески повернется и, воздействуя на рычаги 3, приведет в действие ловители 4.
Для ограничения скорости кабины применяют ограничители центробежного типа (рис. 86, в). Они состоят из центробежного регулятора 1, зажимного устройства 2 и бесконечного каната 3, соединенного с ловителями кабины 4 лифта. При увеличении скорости движения лифта и каната 3 выше допустимой грузы центробежного регулятора 1, приводимого в движение бесконечным канатом 3, расходятся и приводят в действие зажимное устройство 2, останавливающее движение бесконечного каната. Остановившийся канат при движущейся кабине лифта заставляет сработать механизм ловителя.
Скиповые и строительные подъемники. Для подъема однородного сыпучего материала под большим углом наклона к горизонту или по вертикали применяют скиповые подъемники. Скиповый подъемник (рис. 87, а) представляет собой вертикальную или наклонную шахту 8 с направляющими 7, загрузочным устройством 6 и приямком 5. В стальной раме 4 шарнирно укреплен ковш 2, который при движении роликами 3 опирается на направляющую /. Стальным канатом 9 механизм подъема 10 поднимает ковш 2. Благодаря конфигурации направляющей / поднятый наверх ковш опрокидывается и автоматически разгружается. В качестве подъемного механизма применяют лебедки барабанного типа с машинным приводом. Скорость движения ковша скипового подъемника выбирают в пределах 0,5 ... 2,0 м/с. Вместимость ковша 0,5 ... 10 м3.
Строительные подъемники (рис. 87, б) применяют на строительных площадках для подъема различных материалов на верх
85. Схема клинового ловителя85. Схема клинового ловителя6)6)Рнс. 86. Схемы привода ловителяРнс. 86. Схемы привода ловителя
85. Схема клинового ловителя
85. Схема клинового ловителя
6)
6)
Рнс. 86. Схемы привода ловителя
Рнс. 86. Схемы привода ловителя
Рис« 87・ Подъемники:
а о вкнповпв; б о втоечнпА (вФроительниЙ)
сооружаемого здания. Несущая конструкция подъемника имеет незащищенные направляющие 11 для площадки, которая с помощью лебедки 12 передвигается канатом 13. Грузоподъемность таких подъемников 0,5 ... 1,5 т при скорости движения площадки 1,0 ... 1,5 м/с.
Контрольные вопросы
Какие основные типы домкратов и что для них характерно?
Для каких целей применяют лебедки?
Какой принцип работы тали и электротали, а также какие их схемы?
Назовите основные типы поворотных и мостовых кранов.
Назовите виды подъемников.
ТРАНСПОРТИРУЮЩИЕ МАШИНЫНЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯС ТЯГОВЫМ ЭЛЕМЕНТОМ
Транспортирующие машины непрерывно； действия с тяговым элементом широко используют в современном производстве для межцехового и внутрицехового перемещения сыпучих, кусковых и штучных грузов. По типу тягового элемента их делят на ленточные и цепные конвейеры. Если в ленточных конвейерах тяговое усилие от двигателя транспортируемому грузу передается через ленту, на которой он и транспортируется, то в цепных конвейерах груз транспортируется на пластинах, в ковшах и других устройствах, прикрепленных к цепи. Поэтому и название конвейеров связано с этими устройствами: пластинчатые, ковшовые и др. Наряду с постоянным расширением области применения всех машин непрерывного действия с тяговым элементом при механизации и автоматизации производства характерной тенденцией современного развития машин непрерывного действия является особенно широкое применение ленточных конвейеров в СССР и за рубежом с увеличением их производительности, длины, мощности привода, ширины и прочности ленты. Например, на открытых горных разработках применяют конвейеры производительностью до 30 000 т/ч, с лентой шириной 3000 мм, скоростью 6 ... 8 м/с и длиной става одного конвейера 8 ... 10 км. Это дает возможность избавиться от автомобильного и железнодорожного транспорта, например для подачи руды с места разработки прямо на обогатительную фабрику. Создание мощных высокопроизводительных ленточных конвейеров, обладающих высокими техникоэкономическими показателями, возможно только на базе глубоких теоретических разработок и уточненных методов расчета основных параметров и элементов конструкции.
РАЗНОВИДНОСТИ ТРАНСПОРТИРУЮЩИХ МАШИН
Основными разновидностями транспортирующих машин непрерывного действия с тяговым элементом являются ленточные н цепные конвейеры для горизонтального или наклонного транспортирования груза, а также элеваторы для транспортирования 「Руза в вертикальном или крутонаклонном направлении.
ТИПЫ ТРАНСПОРТИРУЮЩИХ МАШИН
Транспортирующие машины непрерывного действия перемещают груз непрерывным потоком в большинстве случаев по одной и той же определенной трассе. Грузовой поток может быть в виде сплошной струи сыпучих или кусковых материалов или в виде отдельных порций этих материалов, а также штучных грузов. Транспортирующие машины обычно применяют для перемещения одинаковых грузов, для которых транспортные операции отличаются однотипностью. Поэтому они значительно легче поддаются автоматизации, чем грузоподъемные.
Машины непрерывного действия с тяговым элементом разнообразны по типам и конструкциям. Общим для них является наличие тягового элемента, который одновременно может являться и рабочим органом (например, ленточные конвейеры) или нести на себе рабочие органы (элеваторы и др.). У машин непрерывного транспорта с тяговым з』ементом, несмотря на конструктивные особенности, имеются узлы, вопросы теории рабочего процесса которых общие.
К числу общих вопросов этой теории относится определение коэффициента сопротивления передвижению и мощности двигателя, расчет приводного и натяжного устройств и др.
По степени подвижности транспортирующие машины разделяют на стационарные и передвижные. Наибольшее распространение во всех отраслях промышленности получили ленточные конвейеры. Ленточные конвейеры предназначены для транспортирования насыпных (порошкообразных, мелко- и среднекусковых материалов), а также мелких штучных грузов в горизонтальном или близком к нему направлении.
В цепных конвейерах груз лежит на пластинах (пластинчатые конвейеры), в ковшах (ковшовые конвейеры) и др. Пластинчатые конвейеры предназначены для транспортирования крупнокусковых, абразивных и нагретых материалов, а также крупных штучных грузов в горизонтальном или несколько наклонном направлении. Ковшовые конвейеры предназначены для транспортирования насыпного груза в ковшах в горизонтальном, наклонном или вертикальном направлении.
Элеваторы служат для перемещения грузов в ковшах в вертикальном или крутонаклонном направлении. Тяговым элементом у элеваторов является лента или цепь.
ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ВЫБОР ТРАНСПОРТИРУЮЩИХ МАШИН
При выборе транспортирующих машин необходимо учитывать следующие факторы:
состояние транспортируемого материала, его физические и химические свойства (крупность кусков, хрупкость, коррозион-
ные свойства, возможное измельчение при перемещении, склонность материала к слипанию и слеживанию, плотность, угол естественного откоса, размеры);
необходимую произ води те льн ость машины;
длину и направление пути перемещения, размеры и форму помещений;
технологический процесс, перспективы расширения предприятия;
технику безопасности;
хранение материалов и способы загрузки и разгрузки конвейеров;
экономические показатели> т. е. капитальные затраты, срок амортизации машины, степень использования, стоимость ремонта и технического ухода, расход электроэнергии, трудозатраты, стоимость и трудоемкость перемещения 1 т груза.
Только после анализа всех факторов можно решить, какой тип транспортирующей машины наиболее рационален для данных конкретных условий.
ХАРАКТЕРИСТИКА ТРАНСПОРТИРУЕМЫХ ГРУЗОВ
Грузы делят на штучные и насыпные. Характеристиками штучных грузов являются масса (от долей килограмма до нескольких тонн), размер (от нескольких сантиметров до нескольких метров), хрупкость (стекла), температура (стального проката), взрывоопасность и пожароопасность и др.
Основными характеристиками насыпных грузов являются форма и размер частиц, плотность р, угол ср естественного откоса, абразивность, предельный угол § подъема груза на гладкой ленте, максимальная скорость транспортирования (табл. 7).
7. Характеристика насыпных грузов
Груз
Плотность, т/м8
ф.9
Абразивность
BF
Максимальная скорость транспортирования, м/о
Порошковый апатит
1,5... 1,7
20
0,8 ... 1,2 •
Гравий
1,7 …1,9
45
20
1 ... 3
Земля, песок
1,2 ... 1,8
45
24
1 ... 4
Зерно (пшеница)
0,6 ... 0,8
35
20
1,5 …4
Зола
0,4 ... 0,7
50
0,8 ... 1,2
Кокс
0,4 ... 0,5
50
20
1 ... 1,6
Мука (пшеничная)
0,4 ... 0,6
55
17
0,9 ... 1,2
Железная руда
2,1 …3,5
50
20
2
Каменный уголь
0,8 ... 1,5
45
.18
1 ... 4
Цемент
0,9 ... 1,2
43
12、
0,8 ... 1,2
Шлак
0,7 ... 1
45
1 ... 3
Щебень
1,6... 2
45
18
1 ... 2
Насыпной груз по размеру частиц разделяют на крупнокусковой (размер куска более 160 мм), кусковой (10 ... 160 мм), зернистый (0,5 ... 10 мм), порошкообразный (0,05 ... 0,6 мм) и пылевидный (менее 0,05 мм). Угол 屮 естественного откоса — угол между боковой поверхностью свободно насыпанной кучи сыпучего материала и горизонтальной плоскостью. Если сыпучий материал находится в движении, то в результате колебаний при перемещении на конвейере увеличивается подвижность его частиц, а угол естественного откоса уменьшается. По абразивности насыпной груз делят на четыре группы: А ——неабразивный, В — малоабразивный, С ——среднеабразивный, D ——высокоабразивный. Абразивный груз истирает поверхности соприкасающихся с ним материалов (лент). Учитывают также липкость, смерзаемость, коррозионную активность, ядовитость и другие факторы транспортируемого груза, которые приведены в справочниках.
Контрольные вопросы
Какие транспортирующие машины перемещают штучные и сыпучие грузы? 2. Какие требования предъявляют к гибким элементам?
2・2・ ЛЕНТОЧНЫЕ КОНВЕЙЕРЫ
Основным элементом ленточного конвейера является гибкая замкнутая лента, на которой транспортируется груз.
Диапазон производительности широко распространенных ленточных конвейеров — от нескольких тонн до нескольких десятков тысяч тонн в час при большой длине без перегрузочного транспортирования груза. Простота конструкции, малый собственный вес, высокая надежность работы и простота эксплуатации обеспечивают низкую себестоимость перемещения груза. Некоторым недостатком ленточных конвейеров является относительно высокая стоимость прорезиненной ленты (которая наиболее широко распространена); она составляет почти 50 % общей стоимости машины.
УСТРОЙСТВО ЛЕНТОЧНОГО КОНВЕЙЕРА
Ленточный конвейер является широко распространенным типом транспортирующих машин непрерывного действия с тяговым элементом.
Ленточный конвейер состоит из следующих элементов (рис. 88)： привода, в который входят электродвигатель /3, редуктор 15 и муфты 14\ станины; приводного барабана 6; натяжного барабана 2; замкнутой бесконечной ленты 4； охватывающей приводной и натяжной барабаны и являющейся одновременно тяговым эле-
Рис. 88. Схема ленточного конвейера
ментом и рабочим органом, несущим груз 12 на верхней ветви; верхних рабочих роликовых опор —роликов 5 (прямых и желобчатых), поддерживающих ленту и придающих ей прямую или желобчатую форму; нижних роликов 9, поддерживающих нижнюю ветвь ленты; натяжного устройства / (грузового или винтового), обеспечивающего передачу требуемого окружного усилия и допустимый провес ленты между роликами; отклоняющего устройства 11 (в местах перегиба ленты на станине 10 ставят барабан или ролики); загрузочного 3 и разгрузочного 7 устройств (для промежуточной разгрузки по длине конвейера устанавливают плужковый сбрасыватель или сбрасывающую тележку); скребка (щетки) 8 для очистки поверхности ленты от прилипших к ней частиц перемещаемого груза; останова 16.
Плужковый сбрасыватель (рис. 89) устанавливают на пути движущейся ленты /, которая имеет приводной барабан 5. Сбрасыватель 3 с тележкой 6 сдвигает груз 2 по спуску 4 с ленты /.
Длина ленточных конвейеров зависит от прочности ленты. Обычно они имеют длину 25 ... 100 м при одном приводном барабане и текстильной ленте. Производительность ленточных конвейеров зависит от ширины ленты, скорости ее движения, транс-
Рис. 89. Плужковые сбрасыватели:
а о одноетороннив; 6 • двуеторониив передвижной
портируемого груза и колеблется в весьма широких пределах (от нескольких десятков до нескольких сотен, даже тысяч тонн в 1 ч). Производительность ленточных конвейеров с многобарабанным приводом длиной до 8 км достигает 30 000 т/q. Серийно выпускаемые ленточные конвейеры имеют ширину ленты до 3 м при скорости движения 6 ... 8 м/с.
Для механизации погрузочно-разгрузочных работ на складах, в цехах и на строительных площадках широко применяют передвижной ленточный конвейер общего назначения (ГОСТ 2103——78*). Серийно выпускаемые ленточные конвейеры общего назначения по ГОСТ 22644—77* (СТ СЭВ 1333—78) комплектуются заводами-изготовителями из отдельных узлов: барабанов (приводных, натяжных и отклоняющих), приводов, роликовых опор, натяжных устройств, очистных устройств для лент и барабанов (скребков или вращающихся щеток), загрузочных устройств и разгрузочных приспособлений (барабанных тележек, сбрасывателей). Станины, на которых крепят рамы приводов, а также натяжные устройства с поддерживающими роликами серийно не выпускают, их надо проектировать для каждого конвейера отдельно.
Основными параметрами серийных ленточных конвейеров являются ширина ленты, скорость ее движения и диаметр приводного барабана.
ТЯГОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ
В ленточных конвейерах ленты являются тяговым элементом и используются для размещения на них транспортируемого груза. Поэтому достаточно надежными могут быть только такие ленты, рабочая поверхность которых не повреждается перемещаемым материалом. Основным типом конвейерной ленты является резинотканевая лента. Лента состоит из нескольких слоев прокладок / (рис. 90, а и б) хлопчатобумажной ткани, называемой бельтингом, соединенных слоями резины и покрытых
Рис. 90. Лейты для конвейеров
92
OSl/OOf-MlTW
Оm刍 9
*a11：：：
ooe-Mirw 'ooe-^iri
о—co9
s2丨1:
气 寸 a
оог-^iri
+ m a
00^1
•oowx
Oco 99
ooe-^x
•ooe-vx
c吗 刍 9
3a
S-002-S1
aJ11
0917 工
•09I-VI
.9
sQ39
оa
•ooi-vx
09i-ifHMg
8Mq ； 7 3
II I I 工二
ooi-ifH^g
m00g
SЧ;千
3mJ
99-IfHMg
„ И tt 3
О 0
s 二 м 5 j 1 :
I-
q
^h黯甥^ |g|§寓旷丁 P 當間。醞"。晶*萨家？ §i
9. Ленты конвейера
Показатель
РТЛО-500
РТЛО-1000
РТЛ-1500
Бестк!
Диаметр троса, мм
Шаг между тросами, мм
Прочность ленты на разрыв, Н/мм
Общая толщина ленты, мм.
Ширина ленты, мм
Толщина обкладки, мм
Рекомендуемый диаметр приводного барабана, м
2,7 9
500
800
2 ... 3
До 0,6
3,4 9
1000
1000
2 ... 4
До 0,6
4,2 9
1500
18
800 ... 120С
5,5 0,8
сверху и снизу слоем резиновых обкладок 2 и 3, предохраняющих ленту от изнашивания, механических повреждений, влаги, от гниения и разрушения. Прокладки в ленте воспринимают продольную растягивающую нагрузку.
Встречаются также высокопрочные ленты '(рис. 90, г) со стальными тросами 5, которые завулканизированы между прокладками. Ленты общего назначения применяют при температуре груза до 65 ℃. Специальные (рис. 90, в) сорта ленты с обкладками 4 из теплостойкой резины позволяют перемещать грузы при температуре до 100 ℃.
Ленточный конвейер может перемещать грузы как по горизонтальной, так и по наклонной плоскости при угле В подъема не более 2/3 угла естественного откоса материала в движении, т. е. для строительных материалов не более 22° при прорезиненной ленте и 14° при стальной ленте.
Для перемещения материалов по резко наклонной плоскости используют транспортерную ребристую ленту с бортами, выпускаемую Курским заводом РТИ по ТУ 38-105415—72 (рис. 90, °), а в вертикальной плоскости используют конвейеры со шланговой, при движении автоматически свертывающейся в трубку лентой (рис. 90, е).
Промышленность СССР выпускает плоские резиновые ленты шириной 0,1 ... 3 м с числом прокладок 3 ... 12. Коэффициент запаса прочности берется в зависимости от угла подъема конвейера: при горизонтальном конвейере ^р.п = 9 ... 10, а при наклонном kp.u= И ... 12. Предел прочности резинотканевой ленты на разрыв (по прокладкам) зависит от ее конструкции. Так, лента с прокладками из бельтинга Б-820 имеет прочность ар п — 61 Н/мм, для ленты уточно-шнуровой конструкции прокладок %. п > 61 Н/мм.
В настоящее время промышленность выпускает резинотканевые ленты из лавсаново-хлопчатобумажной ткани БКНЛ-65 или БКНЛ-100, а также капроновые ТЛК-Ю0 или ТЛК-200 и др.
гТЛ-1600
РТЛ~250а
РТЛ-3150
РТЛ-4000
РТЛ-5000
РТЛ-6000
G тканевыми
прокладками
7,5
8,25
10,6
10,6
11,5
14
14
17
17
18
1600
2500
3150
4000
5000
6000
20,5
22,5
23
25,5
26,5
900 …1200
1000... 1600
1000... 2000
1200... 2000
1200... 2000
1200... 2000
5,5
5,0
3,5 ... 5,0
4,0
4,5
4,5
0,8
1,0
1,25
1,6
До 2
До 2,5
Цифры в их обозначении характеризуют предел прочности (Н/мм) при разрыве прокладки ткани. Нормальный ряд значений ширины ленты регламентирован ГОСТ 22644——77* (СТ СЭВ 1333——78).
Характеристики резинотканевых лент общего назначения приведены в табл. 8 и 9.
Ширину В ленты (рис. 91) выбирают в зависимости от перемещаемого груза и необходимой производительности конвейера. Насыпной груз располагается на плоскости под углом 屮 естественного откоса. На ленте конвейера (рис. 91, а) насыпной груз при движении имеет фх = 0,35ф. Для увеличения площади сечения перемещаемого груза иногда по бокам ленты устанавливают борта (рис. 91, 6), но это увеличивает сопротивление передвижению груза. Чаще всего применяют желобчатую ленту (рис. 91, в), производительность которой почти в 2 раза выше производительности плоской ленты той же ширины.
Наименьшая ширина ленты для транспортирования штучных грузов на 100 мм больше ширины груза.
Ркс, 91. Размещение груза на ленте:
3 Н 4 0 пло<3 Н 4 0 пло<° f плоско玄；6 — плоской 6 веподвяжнами бортами; е ^ желобчатой： 8Kg в кусковым грузом
3 Н 4 0 пло<
3 Н 4 0 пло<
Число прокладок в ленте
z =尸max耳.口7(ВОр. п),(79)
где 尸щах ——максимальное натяжение ленты, Н； В ——в мм.
В местах соединения концов лента имеет меньший предел прочности, чем по основному, неослабленному сечению, например сшивка резинотканевой ленты на 50 % уменьшает предел прочности. Лучшим соединением считается горячая вулканизация, которая обеспечивает предел прочности соединения около 80 % прочности резинотканевой лентыL
Ориентировочно линейная плотность (кг/м) ленты
рл = 1,1й(6г + 61 + 62),(80)
где В — ширина ленты, мм; 6 — толщина одной текстильной прокладки, мм; 6 — 1,25; z ——число прокладок; б】，62 — толщина соответственно верхней и нижней обкладок, мм, 6Х = 1,5 ... 6, 62 — 1 … 1,5.
Для транспортирования абразивных материалов, нагретых до 120 ... 300 ℃, или агрессивных грузов применяют стальные ленты. Наибольшее распространение получили ленты из углеродистой или коррозионно-стойкой стали шириной 500 ... 650 мм и толщиной 6 н 1 мм. Предел прочности стальных лент ав = =1200 МПа. Это позволяет применять их для конвейеров (с однобарабанным приводом) длиной 1000 м и выше. Существенным недостатком стальных лент является их малая гибкость, вследствие чего необходимо применять натяжные и приводные барабаны больших диаметров.
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ
ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ
При равномерном движении груза непрерывным потоком производительность транспортной машины равна массе груза, проходящего через данное сечение в единицу времени:
Q = ЗбООАир,
где Л ——площадь поперечного сечения слоя груза, м2; и ——скорость ленты, м/с; р — плотность груза, т/м3.
Производительность также можно определять по следующей формуле:
Q = 3,6up”(81)
где рг ——средняя линейная плотность груза, кг/м, pr=Q/(3,6u)*
Производительность конвейера при транспортировании штучных грузов
Qnrr = 3,6т/〃(82)
где m — масса одного груза, кг; р — шаг размещения груза на ленте, м. 96
При перемещении штучных грузов на движущейся ленте (см. рис. 20, а), на настиле (см. рис. 20, б) или на подвесках (см. рис. 22, а) средняя линейная плотность груза рг = т/р.
На ленточном конвейере с плоской лентой поперечное сечение насыпного груза имеет вид треугольника с основанием BOi высотой 九 и углами 屮工 при основании. Выражая стороны треугольника через ширину ленты В, а угол 屮】через угол естественного откоса ф, получим
А = 0,5 • 0,880,48^0 tg 屮工=0,16Bafee tg (0,35 矶
где ftp 丁 коэффициент, учитывающий дополнительное рассыпание груза на наклонной ленте конвейера (см. рис. 88); при угле наклона конвейера к горизонту В V 20° 迎=1, при 6 > 20° 丽=0,85.
Подставив значение Л в формулу производительности} получим ширину (м) плоской ленты
8口 = / Q/[576/ putg (0,35中)](83)
и желобчатой ленты (см. рис. 91, в)
Вж = /Q/{ 160ир [3,6 备 tg (0,35屮)+ 1 ]卜(84)
При §《45° н 々в = 1 ширину ленты можно определить приближенно по формулам:
Вц ^ 0,075 /Q/(pu), Вж ^ 0,05 /Q/㈣•
Из приведенных формул следует, что во всех случаях при увеличении скорости повышается производительность машины, а при заданной производительности уменьшается линейная нагрузка на несущий элемент конвейера. Следовательно, скорость является основным параметром транспортирующей машины. Од- нако увеличение скорости не должно идти в ущерб надежности работы машины и сохранности груза. Скорость ленты принимается из ряда рекомендуемых значений по опытным данным.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИБЛИЖЕННОЙ МОЩНОСТИ ПРИВОДА КОНВЕЙЕРА
В ленточном конвейере мощность расходуется: на горизонтальное перемещение груза; на подъем груза вверх, если конвейер наклонный; на преодоление инерции покоя; на преодоление трения в подшипниках роликовых опор, приводного, натяжного и отклоняющего барабанов; на перегиб ленты на барабанах и роликовых опорах; на преодоление сопротивления в загрузочных, разгрузочных и очистных устройствах.
Различные типы конвейеров имеют разные, иногда значительно отличающиеся один от другого коэффициенты сопротивлений (из-за различий конструкции и применяемых материалов в конвейере).
10. Коэффициент треиия ленты
Поверхность приводного барабана
Состоя внеповерхноотн
ленты н барабана
Атмосферные условия
г
Сталь или чугун без футеровки
Футеровка прорезиненной лентой
Чистые
Пыльные
Загрязненные (песок)
Загрязненные (глина) Чистые
Пыльные
Загрязненные (песок)
Загрязненные (глина)
Сухие
Влажные
Сухие
Влажные >
0,40 0,30 0,20 0,10 0,45 0,35
0,25 0,10
Для предварительного расчета мощность (кВт) привода ленточного конвейера
^п = (0,00015QL + 瓦L卢 士 0,0027QH)局， (85)
где «плюс» ——при движении ленты на подъем; «минус» ——при движении на спуск; Lp —длина горизонтальной проекции конвейера, м; и — скорость движения ленты, м/с; Н ——высота подъема груза, м; йх и 囱 ——коэффициенты, характеризующие соответственно ширину и длину ленты.
Ширина ленты, мм 400500 600 800 1000 1200 1400
航 0,012 0,015 0,020 0,024 0,030 0,035 0,040
Длина конвейера, мДо 1515 …3030 ... 45 Св. 4 5
后1,251,121,051,0
Тяговое усилие (кН] на приводном барабане
尸口 = МЛ・(86)
По формуле Эйлера, выведенной для расчета гибкого элемента, можно найти максимальное натяжение в ленте
P^ = Pn^L^- 1)»(87)
где / ——коэффициент трения между лентой и барабаном, при трении без смазочного материала резинотканевой ленты о стальной барабан f = 0,35; а ——угол обхвата барабана лентой, рад.
От угла обхвата барабана лентой зависит напряжение сжатия (МПа)
%м = ЗбОРц/伪г 0声)《[%м1,
где а ——в градусах; Dq и В — в мм;尸口 ——в МН.
Допускаемое напряжение сжатия прорезиненной ленты [псм ] = 0,4 МПа.
При скорости ленты и》3 м/с и асм = 0,1 ... 0,2 МПа коэффициент трения выбирают в следующих пределах (табл. 10).
По максимальному натяжению можно определить необходимое число прокладок ленты [см. формулу (79)].
Точное определение мощности приводного барабана ленточного конвейера производят по тяговому усилию, вычисленному методом обхода контура конвейера по точкам.
98
БАРАБАНЫ
На концевых участках ленточного конвейера (см. :кс. 88) устанавливают приводной и натяжной барабаны. Если п ко11вейе)рах имеются повороты, то устанавливают отклоняю- nine барабаны. Барабаны обычно делают литыми из чугуна или 「，н?нимн из ста.пн СтЗ (рис, 92). Приводные барабаны для цен- -ну …8%门=白 HCtiTy г мою г небольшую стрелу /в выпуклости, кото- ун составляет 0,005 длины Вг барабана, или в среднем 1,5 ... “州 「рн ттннАп кснвеАррлх и большой производительности .инвейера для лучшего спепления ленты с поверхностью барабана у「тр%"#ннх се буксирования приводной барабан футеруют ре- ■иной или деревом.
Лента из приводном барабане деформируется и в ней возни- “•，ет напряжегп^е от растяжения и изгиба. При эксплуатации ■ ->?никают 5/еталостные разрушения. Для предотвращения уста- 工ктньтх разрушений лента должна быть определенной толщины, ，толщина ее зависит ст числа z прокладок.
При испо.чьзовании прорезиненной ленты из бельтинга Б-820 у^мстр приводного барабана D® = (125 ... 150) г, для ленты г стштетической ткани D6 = (160 ... 180) 2, при стальной ленте ：)疔亡二(800 .一 1200) fi, где 8 —— толщина стальной ленты, мм. Чтя лент с троговой основой диаметр барабана D6 ^ 500с/т, ■'ле dT — диаметр троса в ленте.
Ь'ис, 92. Схема установки барабана на оси и валу:
J — неприводного; 11 •— приводного футерованного; /〃 — приводного нефуФерован- "◎「с: J f ось; 2 ~ барабан; 3」лента; 4 — футеровка барабана； 6 — вал
Диаметр натяжного барабана DB = 2D6/3, отклоняющего 0。= 0,506，
Полученное значение диаметра барабана округляют до ближайшего стандартного размера барабана по ГОСТ 22644 ——77* (СТ СЭВ 1333—78): 160, 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000 и 2500 мм. Длину барабана 殳 берут на 100 мм больше ширины ленты.
ПРИВОДНЫЕ УСТРОЙСТВА
Привод ленточного конвейера (рис. 93, а) состоит из приводного барабана / и механизмов, передающих движение от электродвигателя 4 к барабану. Лента приводится в движение в результате трения между лентой и барабаном. Для увеличения угла обхвата барабана лентой устанавливают специальный отклоняющий барабан 2. Привод монтируют на раме 5. Передача вращения от электродвигателя к валу барабана осуществляется через редуктор 3・ Благодаря редуктору уменьшаются размеры и увеличивается срок службы привода. Соединение валов двигателя и барабана с валами редуктора осуществляется с помощью стандартных муфт.
При необходимости создания компактного приводного устройства двигатель и передачу размещают внутри приводного барабана. Электродвигатель 5 (рис. 93, б) размещают в неподвижном цилиндр и чес ком корпусе 4, в котором смонтирован также редуктор 3, передающий вращение барабану 2. Корпус 4 закрепляют на раме конвейера с помощью цапфы /. Электродвигатель снабжен вентилятором для наружного обдува. Преимущество такой схемы — компактность привода и малая масса, недостаток — сложность конструкций.
По рассчитанной мощности привода по каталогу выбирают двигатель с точностью ±5 % расчетной мощности. При частоте м
Рис. 93. Приводные устройства леиточиого конвейера 100
вращения двигателя и барабана мб = 60у/(л/)6) определяют передаточное отношение привода
w = мМб. (88)
По мощности привода и передаточному отношению по каталогу с точностью ±5 % расчетного передаточного отношения подбирают редуктор или рассчитывают передачу на прочность. Редуктор лучше выбирать зубчатый закрытого исполнения, так как КПД у него выше.
На длинных и тяжелогрузных конвейерах значительно возрастают линейные и местные сопротивления, и для преодоления их необходимо очень большое максимальное натяжение тягового элемента (ленты или цепи). Вследствие этого тяговые элементы, опорные устройства и привод получаются слишком тяжелыми. В связи с этим применение длинных и тяжелогрузных конвейеров с однобарабанным приводным устройством становится неэкономичным, а в ряде случаев даже и невозможным. Разделять длинный конвейер на несколько отдельных, последовательно расположенных конвейеров нецелесообразно, так как это разрывает непрерывную подачу грузов и создает дополнительные перегрузки груза с одного конвейера на другой, что нерентабельно и в ряде случаев недопустимо.
Наиболее рациональным и экономичным решением в этом случае является применение на длинном и тяжелогрузном конвейере многодвигательного привода, т. е. установка на трассе конвейера нескольких приводных барабанов, работающих согласованно один с другим на один гибкий элемент конвейера. При многодвигательном приводе вся трасса конвейера распределяется на отдельные участки по числу устанавливаемых приводных устройств с отдельными электродвигателями, и каждый электродвигатель воспринимает нагрузку в основном только от своего участка конвейера, т. е. отрезка трассы от предыдущего привода до рассматриваемого. Многодвигательный (многобарабанный) привод позволяет делать конвейеры почти неограниченной длины (десятки километров), поскольку число приводных устройств всегда можно выбрать таким, чтобы натяжение тягового элемента на отдельном приводном устройстве не превышало допустимой величины. Таким образом, применение многодвигательного привода уменьшает максимальное натяжение тягового элемента до допустимых пределов типового (стандартного) оборудования, снижает расход электроэнергии, а также массу ходовых частей и опорных конструкций конвейера.
Существует несколько различных систем многодвигательного привода. Если ранее распространение получил многодвигательный привод у цепных подвесных, пластинчатых и ковшовых конвейеров, то теперь он стал распространяться и на ленточные конвейеры. Примером тому могут служить разработки открытым спо-
собом руд Курской магнитной аномалии g километровыми трассами ленточных конвейеров.
Для увеличения угла обхвата лентой приводного барабана ставят дополнительные барабаны, а для увеличения тяговой способности —специальные прижимные ленты и вакуумные барабаны, присасывающие ленту к барабану, что повышает ее сцепление с барабаном.
НАТЯЖНЫЕ УСТРОЙСТВА
Для обеспечения сцепления ленты с приводным барабаном и устранения провисания ее между роликами в конвейерах устанавливают натяжное устройство. Обычно натяжное устройство размещают на участках ленты с наименьшим натяжением, например, для исключения лишних перегибов ленты на конце конвейера (см. рис. 88).
Натяжные устройства (рис. 94) бывают механические и грузовые автоматического действия. В винтовом натяжном устройстве для натяжения ленты 3 (рис. 94, а) барабан 4 с осью 5 и ползуном 7 передвигают с помощью винта 2, гайка 1 закреплена на неподвижном упоре. При вращении винта 2 ползун 7 перемещается по направляющим 6.. При параллельных ветвях ленты у натяжного барабана усилие натяжного винтового или винтового с пружиной устройства (рис. 94, б)
Ен. в =尸二 + К + 尸полз》 (89)
где Гн и Ге — сила натяжения набегающей и сбегающей ветвей ленты конвейера у натяжного барабана; Гпол5 ——сопротивление при передвижении в ползунах натяжного барабана,尸口олз =尸бар/ ЮО …250 Н.
Винт натяжного устройства (рис. 94, а) работает на растяжение; он выступает за размеры конвейера. Этот недостаток отсутствует у винтового натяжного устройства (рис. 95, а). Барабан / с осью и подшипниками 2 передвигается в направляющих с помощью винтов 3. При вытягивании ленты винты периодически приходится поворачивать с помощью ключа, что является недостатком.
Рис. 94. Схемы натяжных устройств ленточного хонвейераэ а — винтовое; 6 — винтовое в пружиной; е ■ грузовое 102
Винтовое натяжное устройство с пружиной до некоторой степени компенсирует вытягивание ленты. Винт 2 (рис. 94, б) свободно проходит через неподвижный упор 10. Пружина 9 находится между упором 10 и гайкой & При завертывании гайки 8 создается натяжение ленты. Благодаря простоте эти устройства применяют в передвижных и коротких конвейерах (до 50 м).
Грузовое натяжное устройство (рис. 94, в) автоматически компенсирует вытяжку ленты и создает равномерное ее натяжение. Тяговый канат 12 крепят к ползуну 7 и перекидывают через неподвижный блок 11. Груз 13 создает усилие для передвижения натяжного барабана:
尸工产1,1(尸2 +尸:+尸后3. (90)
Грузовое натяжное устройство может находиться и под конвейером (рис. 95, б). Устройство, состоящее из груза 4, трех барабанов (одного натяжного 1 и двух отклоняющих 5), устанавливают на нижней ветви ленты конвейера. Недостаток натяжного устройства этого типа — большие размеры, поэтому их применяют только на стационарных конвейерах. Длину хода барабана натяжного устройства принимают равной 1 % длины горизонтального конвейера и 1,5 % длины наклонного.
РОЛИКОВЫЕ ОПОРЫ, ЗАГРУЗОЧНЫЕ
И РАЗГРУЗОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА、
Для уменьшения провисания ленты между барабанами вдоль конвейера устанавливают роликовые опоры или настилы. Изготовление настилов из дерева или листовой стали проще и дешевле роликовых опор, но движение ленты по настилам при-
103
водит к большому износу ленты и увеличению расхода энергии. Поэтому настилы применяют при малых скоростях и только для коротких конвейеров (до 20 м) с нагрузкой до 50 кр на 1 м2 ленты.
Верхние (рабочие) ролики поддерживают груженую ветвь (см. рис. 88) ленты, а нижние (холостые) — нижнюю ветвь ленты. Различают ролики плоские и желобчатые (обычно три ролика с углом наклона край
них роликов 20°). Плоские применяют для транспортирования насыпных грузов при небольшой производительности конвейера^ а также для перемещения штучных грузов. Плоские ролики ставят на нижней (холостой) ветви ленты. Желобчатые ролики (см. рис. 91, в)> придавая ленте вогнутую форму, предохраняют груз от высыпания и повышают производительность конвейера. Ролики, установленные на подшипниках качения 2 (рис. 96), вращаются на неподвижных осях /, которые закреплены в неподвижных кронштейнах. Корпус 3 ролика изготовляют из трубы диаметром 89 ... 245 мм. Длина роликовой опоры на 100 ... 200 мм больше ширины ленты.
Основные параметры роликов для ленточных конвейеров регламентированы ГОСТ 22646—77* (СТ СЭВ 1334—78).
Диаметр ролика зависит от типа и назначения роликоопор, свойства перемещаемого груза, ширины и скорости движения ленты (табл. И).
При выборе дааметра ролика необходимо, чтобы трение ленты о роликоопору было больше трения в подшипниках и уплотне-
11. Роликоопоры
Диаметр ролика, мм
Ширина ленты, мм
Плотность груза, т/м*, не более
Максимальная скорость, м/с
89
400, 500, 650,
1,6
2,0
800
1,6
1,6
108
400, 500, 650
2,0
2,5
800, 1000, 1200
1,6
2,5
133
800, 1000, 12 000
2,0
2,5
159
800, 1000, 1200
3,5
4,0
194, 219
1400, 1600, 2000
3,5
3,2
800, 1000, 1400
3,5
4,0
245
1600, 2000
3,5
4,0
Рис. 97. Схема к определению прогиба ленты между роликоопорами
ниях и чтобы под действием центробежной силы, вращающей ролики, груз не отрывался от ленты при огибании роликоопоры.
Коэффициент сопротивления ka — (fd + 2々)力 роликоопоры может быть теоретически рассчитан, и тогда можно получить сопротивление движению ленты по роликоопорам. Но это осложняется условиями эксплуатации конвейеров, поэтому и используют опытные данные. Так, по данным ВНИИПТМАШа, коэффициент 々8 сопротивления роликоопор на подшипниках качения с лабиринтным уплотнением при работе конвейера в отапливаемом помещении (с положительной температурой) рекомендуют применять в следующих пределах:
Условия работы конвейера Хорошие Средние Тяжелые
Коэффициент 标 сопротивления роликоопор:
прямых 0,0180,0220,035
желобчатых 0,0200,0250,040
При отрицательной температуре значения коэффициента сопротивления роликоопор возрастают, особенно во время пуска конвейера.
Расстояние (шаг) между рабочими роликоопорами
% = 4— 0,625В,(91)
где А — коэффициент, при плотности груза менее 1 т/м3 А = 1750 мм, при плотности более 1,5 т/м3 Л = 1550 мм.
Шаг роликов холостой ветви ленты конвейера
4 = 2%.(92)
В местах загрузки ленты расстояние между рабочими роликами уменьшают до 500 мм. При штучных грузах расстояние между роликами должно быть таким, чтобы груз опирался не менее чем на два ролика.
На рабочей ветви ленты / (рис. 97) в месте минимального натяжения между роликами 2 стрела провисания
/шах = (Рр + Рл) %/(8尸пап)《[/шахЪ(93)
где
Рр = Q/(3,6d)?(94)
Q ——производительность конвейера;尸 皿 ——минимальное натяжение груженой ветви ленты, определяемое методом обхода контура по точкам; [/шах1——допускаемое провисание ленты:
Umax] ^(0,025...0,03) Zp.(95)
105
Для рабочей ветви ленты конвейера условная линейная плотность желобчатых роликов
Pp. ж =加出7%)(96)
где 加出一масса роликов при желобчатой лейте,加出=108出 十 7. При плоской ленте тц = 108口 + 3.
На рабочей и холостой ветви ленты с плоскими роликами
Рр, п =加口/£； Рх. п = тКк*(97)
Насыпные грузы подают на конвейер через загрузочный лоток 3 (см. рис. 88), устраняющий рассыпание груза при загрузке. Мощность (кВт), расходуемая на преодоление сопротивлений от загрузочного лотка,
•丿Ул = (0,05...0,1)пЛл>(98)
где £л ——длина загрузочного лотка, м.
Насыпной груз разгружается через приводной барабан в приемную воронку 7. При наличии плужкового сбрасывателя (см. рис. 89, а) расходуемая мощность
Уцл = 0Q075QB,(99)
где В — ширина ленты.
При разгрузке о помощью самоходной тележки
%.т = 1,2Q"t/367,(100)
где % ——высота подъема груза иа тележке; 367 — переводной коэффициент.
Для обеспечения надежной работы конвейеров необходимы автоматические очистные устройства — вращающиеся барабанные щетки или скребки для очистки тяговых органов от частиц налипшего на них груза.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЯГОВОГО УСИЛИЯ
ЛЕНТОЧНОГО КОНВЕЙЕРА МЕТОДОМ ОБХОДА КОНТУРА ПО ТОЧКАМ
В ленточных конвейерах сопротивление передвижению ленты рассчитывают так же, как и сопротивление передвижению механизма передвижения тележки в разделе грузоподъемных машин. На груженой ветви горизонтального участка конвейера нагрузку рассчитывают по линейной плотности и длине конвейера:
尸раб = (Ре + Рл + Рр. ж)厶焼Htg； на нерабочей (холостой) ветви аналогично:
尸ХОЛ ~ (Рл + Рр. п) Lphg嗔.
При движении ленты на перегибах по батарее роликов или барабану сопротивление передвижению определяют по натяжению ленты.
Такой расчет делается во всех характерных точках ленточного конвейера, и сопротивления передвижению ленты суммируются методом обхода по всему контуру ленты конвейера.
Сущность нахождения усилия натяжения методом обхода контура по точкам заключается в следующем: натяжение 尸土 тягового элемента в каждой после
дующей по его ходу точке контура равно сумме натяжения в предыдущей точке F』и сопротивления на участке между этими точками 尸 а-1)… г
尸2 =尸2T +尸尊一1)…卜 (101)
При использовании этого метода замкнутый контур, обра」 зованный тяговым элементом, разбивают на участки так, что^ы на каждом из них характер сопротивления был неизменным* Затем точку сбегания тягового элемента с приводного барабана принимают за начало и обходят последовательно весь контур по ходу движения тягового элемента, подсчитывая сопротивления на отдельных участках и натяжение в тяговом элементе.
Пусть в точке 7 натяжение тягового элемента, сбегающего с приводного барабана, равно Fi (рис. 98). Натяжения в следующих по направлению движения ленты точках определяют из выражений:
в точке 2 尸2 =自 + & ... 2 =尸工 + 5工；'
в точке 3尸8 =储+尸2…8 = (1+爲.Н)(尸1+氏)；(102)
в точке 4 尸4 =尸? + 尸з …& = (1 + 々б.н)(尸工 + 50 + 52,.
гДе Л ... 2» -^2 ...з и -^з ...4 — сопротивления на участках / ... 2, 2 ... 3 и 3 ... 4.
При расположении привода на головном конце конвейера (см. рис. 98) Fj — Fc и F4 = FH. Натяжения тягового элемента должны удовлетворять уравнению Эйлера:
尸Н =尸旌以.(103)
Сопротивление между точками 7 и 2 складываются из сопротивлений движению порожней ветви конвейера:
尸1 …2 = (Рл + Рх. п) L/sn — Рл",(104)
107
где 厶 一 горизонтальная составляющая пути перемещения груза, Lp= L cos р; «ош ——коэффициент, характеризующий сопротивление [см. формулу (56) ] движению ленты по прямым роликам и при опорах на шарикоподшипниках и средних условиях работы ^юп=0,022 (см. табл. 7); Н — высота подъема перемещаемого груза, Н = ig р.
Сопротивление между точками 2 и 3 складывается из сопротивлений движению на натяжном барабане:
尸2…8 =品・£Г尸2>(105)
где «6. н ——коэффициент, характеризующий сопротивление на натяжном барабане, при угле обхвата барабана лентой 1§0° 瓦.^ = 0,05 … 0,07.
Сопротивление между точками 3 и 4 складывается из сопротивлений движению груженой ветви:
尸8 ... 4 = (рг + Рл + Рр. ж) ^г^юж + (Рг + Рл) Н? (Юб) где ^юж — коэффициент, характеризующий сопротивление движению ленты по желобчатым роликам и при опорах на шарикоподшипниках и средние условия работы, G®盘=0,025.
Подставляя значения 尸工…2$ 尸2…з,尸з…4 в приведенные выражения, определим 尸《через неизвестное натяжение А：
尸4 = (1+爲.н)(尸i+殳)+ 瓦，(107
где 5工 и 5晋——подсчитанные сопротивления [см. формулы (102)].
Решая это уравнение вместе с уравнением 尸《=尸代汝，полученным из выражения (103), определяем неизвестное Flt а затем 尸2,尸3 и尸4.
Уточненное значение тягового усилия определяют по выражению
=储一储+(Ю8)
「хе 尸4../—сопротивление на приводном барабане,
熊...工=а.П(几+储)；(Ю9)
^б. п — коэффициент сопротивления на приводном барабане с подшипниками качения,阮 п = 0,03 ... 0,05.
Уточненная мощность двигателя
Уу = FT. Уи/Т],(110)
где т] — КПД передачи механизма привода для предварительного расчета, Т)* 0,8.
По уточненным данным по каталогу подбирают для привода конвейера (с точностью +5 % расчетной мощности) двигатель, например асинхронный электродвигатель серии АС с номинальной мощностью Уном и частотой пд вращения.
Для нормальной работы привода (для предотвращения проскальзывания ленты по барабану) необходимо ленту прижать к барабану с расчетным усилием. Для этого используют натяжные устройства.
108
При параллельных ветвях ленты усилие натяжного устройства определяют по формуле (90): FHiP == 1,1 (F2 + F3 + 尸口оЛз)・
Натяжение во всех точках ленточного конвейера схематически показано на рис. 98.
Внезапная остановка загруженного наклонного ленточного конвейера может вызвать самопроизвольное обратное движение ленты с грузом вниз, если продольная составляющая силы тяжести груза 尸口 = р「方g, лежащего на ленте, окажется больше сопротивлений движению ленты. Для предупреждения самопроизвольного обратного движения ленты с грузом на главном или вспомогательном валу привода конвейера с большой высотой подъема устанавливают специальное стопорное устройство (храповой, роликовый или ленточный останов). Ленточные остановы применяют при длине конвейера не более 50 м. На длинных наклонных конвейерах, а также при большой производительности ставят храповые остановы и электромагнитные тормоза.
На машинах непрерывного транспорта — на наклонных конвейерах устанавливают устройства безопасности (тормоза и остановы) для предотвращения самопроизвольного движения ленты с грузом вниз и при возможном нарушении кинематической связ^ в приводах. Кроме того, применяют устройства на случай обрыва тягового элемента и т. п.
Контрольные вопросы
Из чего состоит ленточный конвейер?
Как определить производительность ленточного конвейера? 、
Как определить ширину леиты конвейера?
Как определить сопротивление передвижению леиты и тягового усилия привода ленточного конвейера методом обхода контура по точкам?
2・3・ ЦЕПНЫЕ КОНВЕЙЕРЫ
В цепных конвейерах в качестве тягового органа применяют различные цепи. В приводном устройстве звездочка передает тяговое усилие цепи в результате зацепления. Для транспортирования груза на цепи устанавливают дополнительные устройства: пластины, скребки, ковши и др., от которых получили свои названия конвейеры ——пластинчатые, скребковые, ковшовые и др.
ТЯГОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
В цепных конвейерах тяговым элементом является цепь. Наиболее распространены пластинчатые втулочно-роликовые и втулочно-катковые цепи (рис. 99) с шагом 80 ... 800 мм. В отличие от приводных и грузовых цепей, у которых каждому
Рис. 99. Тяговые цепи:
а — штыревая; б ~> втулочная; 6, е — В1улочни'ролькивая без реборд； Э, е —• втулочно-катков?я с ребордами; / — пластина; 2 — валик； 3 — втулка； 4 — ролнк; 5 — каток
размеру шарнира соответствует определенный шаг, в 7Я1 овых цепях [ГОСТ 588—81* (СТ СЭВ 1011 - - 78) ] размеры шарнира не зависят от шага цепи (табл. 12),Тяговые цепи рассчитывают аналогично грузовым, однако в инженерной практике обычно расчеты на прочносгь hf приводят, а подбирают цепи по разрушающей нагрузке upq сшреммтенуразмеру шарнира соответствует определенный шаг, в 7Я1 овых цепях [ГОСТ 588—81* (СТ СЭВ 1011 - - 78) ] размеры шарнира не зависят от шага цепи (табл. 12),Тяговые цепи рассчитывают аналогично грузовым, однако в инженерной практике обычно расчеты на прочносгь hf приводят, а подбирают цепи по разрушающей нагрузке upq сшреммтену
размеру шарнира соответствует определенный шаг, в 7Я1 овых цепях [ГОСТ 588—81* (СТ СЭВ 1011 - - 78) ] размеры шарнира не зависят от шага цепи (табл. 12),
Тяговые цепи рассчитывают аналогично грузовым, однако в инженерной практике обычно расчеты на прочносгь hf приводят, а подбирают цепи по разрушающей нагрузке upq сшреммтену
размеру шарнира соответствует определенный шаг, в 7Я1 овых цепях [ГОСТ 588—81* (СТ СЭВ 1011 - - 78) ] размеры шарнира не зависят от шага цепи (табл. 12),
Тяговые цепи рассчитывают аналогично грузовым, однако в инженерной практике обычно расчеты на прочносгь hf приводят, а подбирают цепи по разрушающей нагрузке upq сшреммтену
12. Тяговые шарнирные цепи
Размер, мм
Разрушающая нагрузка, кН
Масса
1 м цепи, KF
Шаг цепи
Диаметр валика
200
250
320
20
200
18,6
16,2
13,9
250
320
400
24
300
26,1 22,0
19,3
320
400
30
500
34,6
29,6
320
400
36
700
50,6
43,4
320
400
500
630
44
1000
74,0 69,0 59,6 51,8
ном запасе прочности, который для обеспечения долговечноеги цепи принимают равным 7 ... 10 в зависимости от размеров цепи и условий эксплуатации» Обычно скорость цепных конвейеров не превышает 1 м/с.
В транспортирующих машинах применяют также разбор， ные тяговые цепи из штамповых звеньев и валиков с уа〃ш;сн ными головками. Разборная цепь (рис. 100) состоит из пар» ных секций, каждую мз которых собирают из двух наружных звеньев 2, валика 3 и внутреннего звена 1. Вследствие односторонней опорной н⑴代рхнпо ти внутренних звеньев и наличия зазоров между внутренними и наружными звеньями разборные цепи допускают боко-
Рис. 100. Разборная цепь
вой поворот звеньев на угол до 7°. Возможность поворачиваться в двух направления^ позволяет применять их в конвейерах с пространственной трассой (подвесных).
По сравнению с конвейерной лентой тяговая цепь позволяет удобно и надежно крепить грузонесущие и ходовые элементы конвейера, обеспечивает надежную передачу тягового усилия зацеплением цепи со звездочкой и мало вытягивается под нагрузкой. Недостатком цепного тягового элемента является большое число шарниров, нуждающихся в регулярном наблюдении и периодическом смазывании, а также интенсивное изнашивание цепи при высоких скоростях вследствие динамических нагрузок.
ПЛАСТИНЧАТЫЕ КОНВЕЙЕРЫ
Для транспортирования тяжелых тарно-штучных грузов, а также агрессивных или нагретых грузов применяют пластинчатые конвейеры (ГОСТ 22281——76 *). Груз транспортируется рабочими органами, скрепленными с тяговым элементом (цепями).
Рис. 101. Схемы пластинчатых конвейеров:Рис. 101. Схемы пластинчатых конвейеров:
Рис. 101. Схемы пластинчатых конвейеров:
Рис. 101. Схемы пластинчатых конвейеров:
а — g лотковым настилом; 6「е плосним настилом; 8 ■ G волиистезм настилом; 8 ■ элементы тяговой цепи
Ш
К цепным относятся наклонные конвейеры метрополитена (эскалаторы).
При сходстве общих схем пластинчатый и ленточный конвейеры конструктивно различаются. Пластинчатый конвейер (рис. 101) представляет собой бесконечно движущееся полотно, состоящее из двух параллельных тяговых цепей 5 (применяют также конвейеры с одной цепью), к которым прикреплены поперечные пластины 3 для тарно-штучных грузов или лотки 2, несущие сыпучий груз и образующие непрерывный настил. Цепи огибают приводную 4 и натяжные 6 звездочки. Опорой для пластин и цепей служат ходовые ролики /, катящиеся при движении конвейера по направляющим станины. На рис. 101, а обе цепи опираются на стационарные ролики, которые не показаны. Вращение от электродвигателя на приводной вал передается обычно через редуктор, а также дополнительную цепную или клиноременную передачу. Обычно натяжное устройство винтового типа, ход йНфЦ = = 2р, где р — шаг цепи. В отличие от ленточных конвейеров, в которых натяжное устройство обеспечивает передачу тягового усилия трением, в пластинчатых конвейерах тяговое усилие передается зацеплением, и предварительное натяжение берут минимальным (0,5 ... 3 кН) для ликвидации прогиба тягового элемента. Пластинчатые конвейеры изготовляют с плоским (рис. 101, б), волнистым или коробчатым настилом (рис. 101, в). Для ориентировочных расчетов распределенную массу настила (кг/м) определяют по формуле
Рн = 60В + Е (111)
где В — ширина настила, м; k — коэффициент, характеризующий ширину В и тип настила, например при В = 0,5 м и легком типе настила k = 40, при среднем ^ ~ 60, при тяжелом k = 80.
Настил крепят с помощью уголков к пластинам цепи. Ширина настила зависит от размера кусков перемещаемого груза и производительности конвейера. При насыпном грузе и настиле без бортов ориентировочно ширина настила (м)
В =/^7画丽+0,1, (112)
где Q —— производительность конвейера, т/ч; р —— плотность груза, т/м3;少 —— скорость движения, м/с.
Для штучных грузов ширину настила берут на 100 мм больше максимального размера груза.
Пластинчатые конвейеры в большинстве случаев тихоходные (0,1 ... 0,6 м/с). При плоском настиле угол подъема пластинчатого конвейера не превышает 18°. При коробчатом настиле с поперечными планками или волнистом настиле угол подъема конвейера увеличивают до 30 ... 45°.
Площадь сечения груза (материала) на настиле и производительность конвейера определяют так же, как и для ленточного 112
Рис. 102. Схема к расчету цепного пластинчатого конвейераРис. 102. Схема к расчету цепного пластинчатого конвейераконвейера. Необходимую мощность (кВт) на валу приводных звездочек пластинчатых конвейеров средней длины и простой конфигурации без учета потерь в плужковых сбрасывателях можно ориентировочно определить по формуле
Рис. 102. Схема к расчету цепного пластинчатого конвейера
Рис. 102. Схема к расчету цепного пластинчатого конвейера
"口 = 0,0024pHuLr + 0,003Q(0,lLr 士 ”)，(113)
где рн — распределенная масса настила, кг/м; Lr — горизонтальная проекция полной длины конвейера; м; Н ——высота подъема или спуска груза, м; Q —— производительность конвейера, т/ч; знак «плюс» ставят при подъеме груза; знак 《минус» — при спуске.
Расчет предварительной мощности привода необходим для выбора цепи конвейера. Так как в цепных конвейерах передача тягового усилия от привода осуществляется зацеплением со звездочкой и соотношения формулы Эйлера не применимы, то при расчете конвейера методом обхода контура по точкам выбирают минимальное натяжение: для пластинчатых конвейеров 尸mm = 0,5 ... 3 кН, для скребковых конвейеров 尸mm < Ю кН.
Точку конвейера с минимальным натяжением цепи назначают на сбегающей ветви приводной звездочки для горизонтальных конвейеров, а для наклонных ——нижнюю точку на сбегающей ветви конвейера.
Для конвейеров сложной конфигурации натяжение в тяговом элементе и мощность привода определяют методом обхода контура по точкам.
Контур цепного конвейера разбивают на участки, как для ленточного конвейера. Горизонтальный пластинчатый конвейер имеет четыре точки разбивки контура. В точке / (рис. 102) минимальное натяжение 尸^ = F^, Натяжение в точке 2
尸2 =尸1 +尸工…2H 尸 1 + рнЬг^юн^ (114)
где 尸1 …2 ——сопротивление на участке / ... 2; ^юн——коэффициент, характеризующий* сопротивление качению ходовых роликов.
Этот коэффициент определяют так же, как для колеса, перемещаемого по рельсам [см. формулу (54) ]. Для пластинчатых втулочно-роликовых цепей при использовании подшипников скольжения йюн = 0,06 ... 0,13, при закрытых подшипниках качения = 0,02 ... 0,045.
Натяжение в точке 3
尸8 = % + %”・8=% + 々аж尸2 = % (1 + 々(йк)， (115) где йюк—коэффициент, характеризующий сопротивление, на натяжной звездочке йЙК == 0,05 ... 0,07, на приводной йюк = 0,03 ... 0,05.
Натяжение в точке 4
尸4 =尸8 +戶8...4 =戶8 + (рР + рН)厶论g(116)
где pp — средняя линейная плотность груза [см. формулу (94) ], кг/м.
По найденным натяжениям находят уточненное тяговое усилие на приводной звездочке
、FT・y = F4-& + &・・・i = F4—Fi + ^H(£ + Fi)・ (117)
Мощность двигателя приводной станции и осевое усилие на винте натяжной станции определяют так же, как для ленточного конвейера [см. формулы (ПО) и (89) 1. Мощность на плужковом сбрасывателе и загрузочном лотке определяют по формулам (98) и (99). Мощность электродвигателя привода
Удв = 1,2(Уу + Ул + Упл).(118)
При малой скорости движения конвейера стандартные тяговые цепи рассчитывают по разрушающей нагрузке с запасом прочности 6 ... 14 в зависимости от типа цепи и угла наклона конвейера.
При высокой скорости движения конвейера и большом шаге цепи расчетную нагрузку на цепь определяют с учетом динамических усилий.
КОВШОВЫЕ КОНВЕЙЕРЫ
Ковшовые конвейеры широко применяют для транспортирования и межоперационного перемещения по ходу технологического процесса тарно-штучных и насыпных грузов. Конвейер (рис. 103) состоит из тягового элемента, приводных и натяжных звездочек и несущих элементов — ковшей или люлек. Конструк-
а)а)Рис. 103. Общий вид (а) и трассы цепей (6) ковшовых конвейеров: / ■ цепь; 4 о дюлькаРис. 103. Общий вид (а) и трассы цепей (6) ковшовых конвейеров: / ■ цепь; 4 о дюлька
а)
а)
Рис. 103. Общий вид (а) и трассы цепей (6) ковшовых конвейеров: / ■ цепь; 4 о дюлька
Рис. 103. Общий вид (а) и трассы цепей (6) ковшовых конвейеров: / ■ цепь; 4 о дюлька
^пш ковшей и люлек разнообразны: их размеры и форма зависят 、т размеров, формы и массы перемещаемого груза.
Штучные грузы удобнее (для загрузки и разгрузки) размещать на люльках (подвесках). В эгом случае такие конвейеры называют люлечными, например люлечные конвейеры для выпечки хлеба (рис. 103, 〃), сушки литейных форм или хранения материалов на автоматизированных складах.
Грузы на конвейере часто перемещаются по весьма сложной 1 рассе (рис. 103, 6), состоящей из горизонтальных и вертикальных участков, расположенных в вертикальной плоскости. Загрузка и разгрузка ковшей производятся как вручную, так и автома- гически.
Производительностгэ ковшовых конвейеров определяют так же, 【々к и для ленточных конвейеров для штучных грузов, у которых шаг размещения груза равен шагу между ковшами. Скорость движения тягового элемента у ковшовых конвейеров обычно определяется условиями технологического процесса и редко превышает 0,25 м/с. Длина горизонтального перемещения грузов не превышает 150 м при высоте вертикальных участков 20 ... 30 м. Тяговое усилие и мопщость ковшовых конвейеров рассчитывают по ме・ годике расчета для пластинчатых конвейеров.
Для транспортирования сыпучих грузов ковши загружают е помощью специального загрузочного устройства, подающего груз определенными порциями. Разгрузка ковшей возможна в любом месте, что является большим преимуществом этих конвейеров. Ковши доходят до Специальных упоров и опрокиды- яаются, высыпая груз. После опорожнения ковши занимают исход； ное положение. Недостатком ковшовых конвейеров является большая масса ходовой части и высокая стоимость изготовления.
Производительность (т/ч) ковшового конвейера для сыпучих грузов
Q = 3,6V^po/p, (119)
「式е V ——объем ковии, м3;万口——коэффициент, характеризующий заполнение /с.вша, 万口 = (),7 -. 0,9; р — расстояние (шаг) между ковшами, м.
По типу ковшового или люлечного конвейера выполнены 打 роторно-конвейерные линии, где цепь, огибая, обслуживает ()абочие роторы.
Применение роторно-конвейерной схемы позволяет расширить использование автоматических машин и линий в условиях не。 кассовых производств, т. е. для изделий, п|)оизводительность кот()рык в десятки и сотни раз меньше экономически необходимой цля автоматизации производства.
Рогорно- конвейерные линии состоят из транспортирующего цепного конвейера, роторного автомата питателя, ротора-ориен- татора и натяжных или промежуточных звездочек в цепном конвейере.
ПОДВЕСНЫЕ КОНВЕЙЕРЫ
Подвесные конвейеры (рис. 104) состоят из одинарной
линии замкнутого тягового элемента, замкнутого подвесного рельсового пути, приводного и натяжных устройств. Их применяют для непрерывного и периодического перемещения штучных грузов по сложной пространственной траектории, состоящей из горизонтальных, вертикальных и наклонных участков. К кареткам 6, прикрепленным к тяговому элементу, присоединены подвески 9, на которые укладывают груз. Каретки (рис. 105, а) состоят из катков /, кронштейна 2 и вилки 5. Они движутся по подвесному пути 5 (см. рис. 104), изготовленному из двутавра, уголка или полосовой стали. Загрузка и разгрузка конвейера
производится на ходу, вручную или автоматически.
Пространственная трасса является главным преимуществом подвесного конвейера. В процессе транспортирования на подвесном конвейере изделия часто проходят различные технологические операции: очистку, сушку, окраску и др. В качестве тягового элемента в конвейерах используют цепь или канат (см. рис. 105).
Большое распространение получили разборные тяговые цепи [ГОСТ 589——85 (СТ СЭВ 535—77) ]. В этих цепях звено может поворачиваться в двух плоскостях. Их широко используют в подвесных грузоведущих конвейерах g пространственными трассами и в скребковых конвейерах.
Уменьшение радиусов вертикальных перегибов достигается путем шарнирного соединения обычной цепи с кареткой (на рис. 104) с помощью специальных звеньев с дополнительным шар-
Рис. 104. Схема подвесного конвейера:Рис. 104. Схема подвесного конвейера:7 — натяжное устройство; 2 т участон загрузки; 3 ■ участон разгрузни; 4 — приводное устройство； 6 а путь для кареток; 6 i наревка; 7 — цепь; 8 — груз； 9 ■ подвеска7 — натяжное устройство; 2 т участон загрузки; 3 ■ участон разгрузни; 4 — приводное устройство； 6 а путь для кареток; 6 i наревка; 7 — цепь; 8 — груз； 9 ■ подвеска
Рис. 104. Схема подвесного конвейера:
Рис. 104. Схема подвесного конвейера:
7 — натяжное устройство; 2 т участон загрузки; 3 ■ участон разгрузни; 4 — приводное устройство； 6 а путь для кареток; 6 i наревка; 7 — цепь; 8 — груз； 9 ■ подвеска
7 — натяжное устройство; 2 т участон загрузки; 3 ■ участон разгрузни; 4 — приводное устройство； 6 а путь для кареток; 6 i наревка; 7 — цепь; 8 — груз； 9 ■ подвеска
qua3BBHdHHdBmxAaNl 2 ^aavnvasoM оё?9а짻 aMM^V5& 1 4 ^bas ・BM ^3osvo§ao^a ^яоилчав M 1 e ^«stf «ооошалоЕ^М XI10HU93EOHdscBd н 1° :BHuekiiedx xh n9oOII0 mode^mHOX МЗЩ0Ф30& Mobo&M SS^M^&oao^ ・gol ・0dqua3BBHdHHdBmxAaNl 2 ^aavnvasoM оё?9а짻 aMM^V5& 1 4 ^bas ・BM ^3osvo§ao^a ^яоилчав M 1 e ^«stf «ооошалоЕ^М XI10HU93EOHdscBd н 1° :BHuekiiedx xh n9oOII0 mode^mHOX МЗЩ0Ф30& Mobo&M SS^M^&oao^ ・gol ・0d
qua3BBHdHHdBmxAaNl 2 ^aavnvasoM оё?9а짻 aMM^V5& 1 4 ^bas ・BM ^3osvo§ao^a ^яоилчав M 1 e ^«stf «ооошалоЕ^М XI10HU93EOHdscBd н 1° :BHuekiiedx xh n9oOII0 mode^mHOX МЗЩ0Ф30& Mobo&M SS^M^&oao^ ・gol ・0d
qua3BBHdHHdBmxAaNl 2 ^aavnvasoM оё?9а짻 aMM^V5& 1 4 ^bas ・BM ^3osvo§ao^a ^яоилчав M 1 e ^«stf «ооошалоЕ^М XI10HU93EOHdscBd н 1° :BHuekiiedx xh n9oOII0 mode^mHOX МЗЩ0Ф30& Mobo&M SS^M^&oao^ ・gol ・0d
ниром, ось которого расположена перпендикулярно к осям шарниров цепи. Такое соединение цепи с кареткой допускает взаимный поворот секции цепи между каретками люлек на угол до 45° и уменьшение радиусов перегиба до 1 ... 1,5 м. При незначительных скоростях движения используют круглозвенные грузовые и тяговые цепи [ГОСТ 2319——81 (СТ СЭВ 2639——80) ] (см. рис. 105, 6).
При небольших нагрузках (50 ... 100 кг) и больших перегибах в горизонтальных и вертикальных плоскостях используют двухшарнирные цепи (см. рис. 105, 0) Львовского конвейерного завода (ТУ 24-9-391—75) а шагом р = 200 мм.
Наибольшее распространение получили грузотолкающие подвесные конвейеры. В этом конвейере (см. рис. 105, а) тележка 7 а подвесками для грузов движется по дополнительным путям 8, получая движение от толкателей 6, соединенных с цепью 9. Цепь находится над рельсом 8, удерживаясь от провисания ползунами 5, скользящими по полкам направляющих уголков 4.
Тележки толкающего подвесного конвейера можно вывести с трассы конвейера на рельсовые пути, являющиеся ответвлениями основного пути. Это свойство легкого и удобного вывода тележек а грузом а трассы конвейера и включения их в конвейерный ход является основным преимуществом толкающих конвейеров. Конструкция и расстановка тележек на тяговом элементе определяются характером груза и его размером, а также требованиями технологического процесса. Длина трассы подвесного конвейера может достигать 500 м и более.
Толкающие конвейеры могут быть напольными. В этом случае цепь конвейера находится под полом цеха, а к толкателям, проходящим в щелях, подсоединяют тележки, которые движутся по полу цеха.
В подвесных конвейерах широкое применение находит автоматическое адресование транспортируемого груза, т. е. отправка груза на заданное рабочее место. Автоматическое адресование выполняется с помощью электрических или электромеханических устройств. Автоматическое адресование значительно уменьшает число рабочих, занятых на транспортировании, и ускоряет процесс доставки груза к месту назначения. Наиболее часто автоматическое адресование используют при применении подвесных цепных конвейеров толкающего типа.
Применяют две принципиально различные схемы адресования. В первой схеме сигнал на перевод стрелки подается с центрального пульта с помощью устройства. В этом случае тележка или каретка с люлькой, выходящая на приводной участок пути, при прохождении контрольного пункта отмечается, и при дальнейшем ее движении в соответствии с заданной программой следующее устройство готовит путь для этой тележки. Сама тележка не несет при этом на себе никаких адресующих устройств.
Во второй схеме маршрут следования тележки закладывается в закодированном виде в адресующее устройство, смонтированное 118
на тележке. В этом случае тележка сама подготавливает себе путь, на сложных трассах возможно совмещение обеих схем адресования.
Адресная система грузонесущего конвейера состоит из адре- соносителя, настройщика адреса, считывающего устройства, определителя адреса и датчика каретки, определяющего ее местонахождение. Адресоноситель устанавливают на ходовой части конвейера на каретках или подвесках. Все остальные элементы адресной системы располагают вдоль трассы конвейера. Существуют механические и пневмоэлектрические адресователи, но прогрессивнее системы с бесконтактным способом считывания (фотоэлектрические, индукционные, емкостные и др.), поскольку в них не происходит изнашивания адресующих элементов.
Систему автоматического адресования легко объединить с автоматическим устройством подсчета числа тележек — результаты учета документально оформляются печатающими устройствами.
Производительность подвесного конвейера определяют так же, как для конвейеров штучных грузов. Производительность или число штучных грузов (шт/ч), перемещаемых подвесным конвейером в час,
Q = 3600uz/p*
где V—скорость тягового элемента конвейера, м/с; z — число изделий, помещаемых на подвеске конвейера, шт.; р ——шаг подвесок (расстояние между подвесками), м.
Скорость движения (0,05 ... 0,5 м/с) устанавливают в зависимости от массы груза, производительности конвейера и способов загрузки и выгрузки грузов. У технологических конвейеров скорость определяется требованиями производства. Тяговый расчет подвесного конвейера аналогичен тяговым расчетам других видов цепных конвейеров. Минимальное натяжение в тяговом элементе подвесного конвейера 0,5 ... 1 кН. Тяговый элемент выбирают по максимальному расчетному натяжению, которое определяют g помощью обхода контура по точкам.
Контрольные вопросы
Когда применяют цепные конвейеры вместо ленточных?
Назовите схемы пластинчатого, ковшового и подвесного цепного конвейера.
Назовите схемы натяжных устройств ленточных и цепных конвейеров.
ЭЛЕВАТОРЫ
Конвейер для транспортирования грузов в ковшах, жестко прикрепленных к тяговому элементу, в вертикальной или крутонаклонной плоскости называют элеватором (рис. 106, 107).
Тяговым элементом 7 может служить лента (рис. 106, а) (ГОСТ 23831—79*), пластинчато-втулочные и втулочно-роликовые цепи (рис. 106, б, в) [ГОСТ 588—81* (СТ СЭВ 1011—78) 1. При ширине ковшей до 250 мм допустимо применять одну тяговую цепь для элеватора. Тяговый элемент огибает приводной 3 и натяжной 4 барабаны или звездочки, укрепленные в крайних точках элеватора. В вертикальных элеваторах небольшой высоты между крайними точками опор для тягового элемента обычно не делают. В наклонных и высоких вертикальных элеваторах лента опирается на направляющие ролики, а цепь катится роликами по направляющим (рис. 106, г) или опирается, как и лента, на направляющие ролики (рис. 106, 0)・ Элеватор целиком защищен металлическим кожухом 5 с окнами для осмотра. Наклонные элеваторы могут быть открытыми (без кожуха).
При движении тягового элемента ковши 2 зачерпывают груз (материал) и транспортируют его вверх, где под действием силы тяжести и инерции материал высыпается из ковша и поступает в разгрузочное отверстие.
Широкому распространению элеваторов способствуют простота конструкции, малые размеры, возможность подачи груза по вертикали (до 70 м), большая производительность (до 70 м8/ч). К недостаткам элеваторов относят чувствительность к перегрузкам и необходимость равномерной подачи материалов.
Ковш имеет следующие основные параметры: угол а черпания; угол 卩 верхней кромки； ширину Вк; вылет I и глубину h (табл. 13).
Нижнюю часть элеватора называют башмаком. Он состоит из кожуха, загрузочного бункера и натяжного устройства (звездочки, вала с подшипниками и винтового или грузового натяжного приспособления). Натяжное устройство перемещает в направляющих пазах звездочки или барабан. Перемещение натяжного
Рис. 106. Схема элеваторов для иаснпнык грузов 120
Рис. 107, Схема элеватора для штучных грузовРис. 107, Схема элеватора для штучных грузов
Рис. 107, Схема элеватора для штучных грузов
Рис. 107, Схема элеватора для штучных грузов
устройства составляет 1,6 шага цепи, а для ленточных тяговых элементов 1 ... 3 % высоты элеватора.
Верхнюю часть элеватора называют головкой элеватора. Состоит она из кожуха, приводных звездочек или барабана, редуктора с двигателем и останова (или тормоза) для предотвращения обратного хода элеватора. В башмаке ковши могут загружаться зачерпыванием груза из нижней части кожуха элеватора (см. рис. 106, а и б) или засыпанием груза непосредственно в ковши (см. рис. 106, в). На практике обычно имеют место одновременно оба способа при преимущественном преобладании одного из них. Наполнение ковшей зачерпыванием применяют при транспортировании пылевидных мал-оабразивных грузов (цемента, песка и др.), черпание которых не вызывает значительных сопротивлений. Зачерпывание такого груза может происходить при повышенной скорости движения ковшей (0,8 ... 8 м/с). Крупнокусковые и абразивные грузы (гравий, руда, уголь и т. д.) зачерпывать ковшом со дна кожуха затруднительно, так как вследствие больших сопротивлений при черпании возможен отрыв ковшей и даже обрыв тягового элемента. Поэтому пр и кр упнокусковых и абр аз ив-
ных грузах наполнение ковшей производится непосредственно засыпанием груза в ковш. Применение этого способа возможно
только при непрерывном, сомкнутом расположении ковшей и пониженных скоростях движения ковшей (не более 1 м/с), так как при большой скорости ковши плохо заполняются и отбрасывают груз. Разгрузка ковшей бывает центробежная (скорость более 1 м/с) и самотечная свободная через внутреннюю кромку ковша под действием силы тяжести (гравитационной) при пониженной скорости движения ковшей (скорость менее 0,6 ... 0,8 м/с).
На восходящей ветви вертикального элеватора груз в ковше движется прямолинейно и равномерно. Он находится только под действием силы тяжести 尸口 = mg, где т — масса груза в ковше; g — ускорение свободного падения. Когда ковш огибает барабан (вращающийся с частотой пб), начинает действовать
3 4 1二娘-0儿^3 4 1二娘-0儿^二0,9一3,05.1一10,2二0,9一3,05.1一10,2о 020000 13235821о 020000 132358210 2 2 0 0 0 323344556оооооооо0 2 2 0 0 0 323344556оооооооо5 4 0 55 5 246200315 4 0 55 5 2462003150505505233445675050550523344567О5О5ОЮО589135915111122О5О5ОЮО589135915111122759005254075953511 ^1 11 11 ^1 о^759005254075953511 ^1 11 11 ^1 о^002560005020000011122345002560005020000011122345мелкий о расставленным шагоммелкий о расставленным шагомМ-скругленныйМ-скругленный二二二一二二二一----------------0 6 7 7 0 0 0^ L&0 6 7 7 0 0 0^ L&0 2 2 0 0 0 02 3 J4 4 560 2 2 0 0 0 02 3 J4 4 5600 550 0 012 3 7 4 7 2,,,,,,,0 0 0 012 400 550 0 012 3 7 4 7 2,,,,,,,0 0 0 012 45 0 505 0 62 3 3 4 5 7 85 0 505 0 62 3 3 4 5 7 865850030609020111111 ^L 0465850030609020111111 ^L 045065759520457050657595204570о 5 ю о о о оо 2 & о 5 2 о1112234о 5 ю о о о оо 2 & о 5 2 о111223413. Параметры ковша
3 4 1
二娘-0儿^
3 4 1
二娘-0儿^
二0,9一3,05.1一10,2
二0,9一3,05.1一10,2
о 020000 13235821
о 020000 13235821
0 2 2 0 0 0 323344556оооооооо
0 2 2 0 0 0 323344556оооооооо
5 4 0 55 5 24620031
5 4 0 55 5 24620031
50505505
23344567
50505505
23344567
О5О5ОЮО589135915111122
О5О5ОЮО589135915111122
7590052540759535
11 ^1 11 11 ^1 о^
7590052540759535
11 ^1 11 11 ^1 о^
0025600050200000
11122345
0025600050200000
11122345
мелкий о расставленным шагом
мелкий о расставленным шагом
М-скругленный
М-скругленный
二二二一
二二二一
--------
--------
0 6 7 7 0 0 0^ L&
0 6 7 7 0 0 0^ L&
0 2 2 0 0 0 0
2 3 J4 4 56
0 2 2 0 0 0 0
2 3 J4 4 56
00 550 0 0
12 3 7 4 7 2,,,,,,,0 0 0 012 4
00 550 0 0
12 3 7 4 7 2,,,,,,,0 0 0 012 4
5 0 505 0 6
2 3 3 4 5 7 8
5 0 505 0 6
2 3 3 4 5 7 8
65850030609020
111111 ^L 04
65850030609020
111111 ^L 04
50657595204570
50657595204570
о 5 ю о о о оо 2 & о 5 2 о1112234
о 5 ю о о о оо 2 & о 5 2 о1112234
Размеры ковша, мм
時
О н
Я
а
Й 日
3 j：w
Sgog
я
3・ 請
翳黑
Ширина 5к
Вылет
Высота b
Радиуо г днища
Г-скругленный глубокий с расставленным шагом
320
165
235
60
8,40
—
—
400
215
305
80
14,00
—
二
500
270
385
100
28,00
—
—
С-скр угленный в бортовыми
сомкнутым шагом
направляющими
и
центробежная сила 尸=mv^lr, где и — скорость движения центра тяжести груза в ковше; г ——радиус барабана.
Если направление вектора суммы этих сил при пересечении с вертикальной осью барабана отсекает от центра барабана отрезок (полюсное расстояние / — 850/«1), не превосходящий радиус г барабана, то в результате центробежных сил происходит выгрузка груза из ковша, а при / & г — ковш разгружается самотеком, т. е. груз высыпается из ковша под действием силы тяжести.
Сопротивление зачерпыванию ковшом груза приближенно определяется
尸8g也8pг?
где pF ——линейная плотность груза, кг/м; ^а ——коэффициент, характеризующий зачерпывание; для порошкообразных и мелкокусковых насыпных грузов 点& = =1,25 ... 2,5, для среднекусковых грузов fea — 2 ... 4.
При заданной производительности элеватора определяется линейная емкость ковшей
Vlp = Q/(3,6up 也)
где V — объем ковша, л; р — шаг ковшей, м; v — скорость движения тягового элемента, м/с; р ——плотность груза, т/м3;后口 ——коэффициент наполнения ковшей, ka = 0,4 ... 0,8.
Для расставленных глубоких и мелких ковшей шаг р ^
(2,5 ... 3) Л; для ковшей, располагаемых сомкнуто (непрерывно), р — h, где h — высота ковша.
Порядок тягового расчета вертикального ковшового элеватора с лентой аналогичен расчету ленточного конвейера (определение натяжения ленты конвейера методом обхода контура по точкам), если учесть, что в элеваторе груз поднимается только на высоту Н,
Контрольные вопросы
Назовите схемы элеваторов для штучных и сыпучих грузов.
Какие тяговые органы применяются для элеваторов?
3.ТРАНСПОРТИРУЮЩИЕ МАШИНЫНЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯБЕЗ ТЯГОВОГО ЭЛЕМЕНТА
Этот раздел объединяет устройства для транспортирования грузов под действием сил гравитации, роликовые, винтовые и инерционные конвейеры, а также пневматический и гидравлический транспорт.
ГРАВИТАЦИОННЫЙ ТРАНСПОРТ
ПРЯМОЛИНЕЙНЫЕ И ВИНТОВЫЕ СПУСКИ
Устройства, в которых груз перемещается сверху вниз под действием силы тяжести, называют гравитационными. Они являются наиболее простыми и экономичными, так как не требуют приводных механизмов.
Для тарно-штучных грузов применяют плоские спуски и желоба, для сыпучих — желоба и трубы. Сечения желобов бывают U- или V-образными. Трубы имеют круглое или прямоугольное сечение. Материалом для них служит металл или дерево.
Чтобы выдержать требуемую высоту спускного устройства при минимальных размерах, необходимо иметь два участка (рис. 108): крутой, на котором груз приобретает значительную скорость, и пологий, гасящий накопленную кинетическую энергию. Угол наклона крутого участка следует брать больше угла трения, а пологого участка ——меньше угла трения. Угол, под которым груз под действием силы тяжести движется вниз по наклонной плоскости с постоянной скоростью, называют углом трения движения. Этот угол легко вычислить по коэффициенту трения,
Рис. 108. Схема к расчету движения груза по прямолинейному наклонному спуску:
I — участок спуска груза G ускоренней движения； 2 — участок спуска груза а вамедлением дви- жен ня
значения которого определены опытным путем и приведены в справочниках.
Скорость движения груза на крутых участках рекомендуется не более 5 м/с, а на пологих — не менее 1,5 м/с. Скорость груза в любой точке спускного устройства зависит от начальной скорости, угла наклона, длины транспортирования, вида груза и опорной поверхности спускного устройства.
Определим зависимость между этими компонентами при движении по крутому и пологому участкам прямолинейного гладкого спуска. Груз, сила тяжести которого 戶,опускается с высоты 九工 с начальной скоростью %• Груз произведет работу 戶瓦,которая затратится на преодоление сил трения на пути 七工：
戶厄=尸；厶1 COS Pi + (F/2g) (и? — Uh).
Так как ht = L sin 0, то скорость груза в конце крутого участка спуска
и = /2gL工(sin 伝—f cos ВО + 哈(120)
в конце пологого участка
F% =戶f cos % —(戶/2g) (" — и〉
где % = L2sin Р2.
Аналогично находим скорость груза в конце пологого участка спуска
% = / 2gL2 (sin % — f cos 02)+ 済(121)
Пользуясь этими уравнениями, можно рассчитать прямолинейные гладкие спуски.
Пропускная способность (т/ч) желобов (труб)
Q = 36004 %叭(122)
где А 一 площадь поперечного сечения желоба (трубы), м2;屮一коэффициент, характеризующий заполнения, 1р = 0,2 ... 0,6.
При спуске груза с относительно большой высоты может не оказаться места для установки прямолинейного гладкого спуска, который обеспечивает движение груза с допустимой скоростью. В таких случаях лоток изготовляют в виде спирали (рис. 109), где движущей силой является составляющая 戶 sin К направленная вдоль поверхности спуска. При движении груза 戶 возникает сила трения о днище спуска 戶工=fp cos р. Опускающийся груз вращается относительно оси спуска и под действием центробежной силы % прижимается к бортам лотка. Сила трения груза о борт лотка 戶2 = f% = f (戶/g)(決")$ где г — радиус кривизны
Рис 109. Винтовой гра- ВИТГШИСИНЫЙ С1П/"К： 7 — лоток бинтового спуска; 2 — грузРис 109. Винтовой гра- ВИТГШИСИНЫЙ С1П/"К： 7 — лоток бинтового спуска; 2 — груз
Рис 109. Винтовой гра- ВИТГШИСИНЫЙ С1П/"К： 7 — лоток бинтового спуска; 2 — груз
Рис 109. Винтовой гра- ВИТГШИСИНЫЙ С1П/"К： 7 — лоток бинтового спуска; 2 — груз
траектории спуска по борту. Из условия равновесия сил, прило^- женных к грузу, получаем F sin 卩=> (Fl* &哈 + fF cos p. Отсюда скорость движения груза в спуске
и =/应帀口§ — f cos P)]/. (123)
3/2 РОЛИКОВЫЕ КОНВЕЙЕРЫ
Роликовые конвейеры выпускают без привода и с ме， паническим приводом. Широкое распространение для перемещен ния грузов в горизонтальном или слет к а наклонном положении получили роликовые конвейеры без привода.
Роликовые конвейеры без привода (см. рис. 25, 〃)состоят из рамы, на которой в подшипниках качения укреплены оси роликов. Ролики обычно изготовляют из стальных труб. Движение грузов происходит под действием толкающей силы рабочего или составляющей силы тяжести груза. В последнем случае конвейер называют роликовым спуском. Уклон роликовых спусков 2 ... 4 %, В конце роликового спуска должны быть установлены тормозящие устройства, так как при значительной длине транспортирования скорость движения грузов может быть большой. Простейшим тормозным устройством является гладкий настил. Перемещаемые 126
на роликах штучные грузы должны иметь плоскую опорную поверхность или устанавливаться на специальных поддонах.
Сопротивление движению груза на роликовом конвейере уменьшается с увеличением диаметра роликов. Но с увеличением диаметра роликов увеличивается их масса и возрастает стоимость конвейера, поэтому диаметр роликов ограничивают размером 65 ... 150 мм. Длину роликов принимают на 50 ... 100 мм больше ширины перемещаемых предметов. Расстояние между осями роликов берут с таким расчетом, чтобы транспортируемый предмет лежал одновременно не менее чем на двух роликах.
Производительность роликового конвейера (т/ч)
Q = 3,6 加"，
где m ——средняя масса груза, кг; t 一 промежуток времени между укладкой отдельных грузов, с.
Роликовые конвейера с индивидузльнбпл или групповым приводом применяют в прокатных цехах для подачи горячего металла к прокатному стану и от него.
Контрольные вопросы
От чего зависит необходимый угол наклона прямолинейного спуска? 2. Как определить конечную скорость движения груза спуска?
Для каких грузов применяются роликовые конвейеры?
ВИНТОВЫЕ КОНВЕЙЕРЫ
И ТРАНСПОРТИРУЮЩИЕ ТРУБЫ
Для транспортирования сильно загрязняющих и пылящих материалов их обычно заключают в трубы, что предотвращает загрязнение окружающей * среды. К таким устройствам относят винтовые конвейеры и транспортирующие трубы.
Л. ВИНТОВЫЕ КОНВЕЙЕРЫ
В винтовых конвейерах транспортируемый груз перемещается валом с винтовыми лопастями. По ГОСТ 23976—80* предусмотрен следующий ряд диаметра винтов: 100, 120, 150, 200, 250, 300, 400, 500 и 600. Их применяют для перемещения сыпучих и мелкокусковых материалов. При вращении винта 4 (рис. ПО) в подшипниках 3 материал в желобе 5 с крышкой 2 продвигается от загрузочного люка I к разгрузочному патрубку 6. Вал винта получает вращение от электродвигателя через редуктор 7.
Загрузка и разгрузка винтового конвейера возможны в любой точке. Это одно из его преимуществ. Обычно винтовые конвейеры
Рис. 110. Винтовой конвейерРис. 110. Винтовой конвейер
Рис. 110. Винтовой конвейер
Рис. 110. Винтовой конвейер
применяют для перемещения груза в горизонтальном или наклонном (5 ... 10°) направлении. Их используют и для вертикального перемещения сыпучих материалов. В этом случае винтовые конвейеры работают при наличии подпора материала снизу. Иногда они являются звеном технологического процесса.
Длина винтового конвейера обычно не превышает 40 м, производительность 2 ... 150 м3/ч. В некоторых случаях недостатками винтовых конвейеров являются: сравнительно высокий расход энергии, обусловленный интенсивностью перемешивания, дробления и заклинивания частиц материала, и необходимость равномерной подачи транспортируемого материала.
Производительность (т/ч) винтового конвейера
Q = 60(лО2/4) pnpvk^, (124)
где D—диаметр винта, м; р — шаг винта, м; п — частота вращения винта, об/мин; рг — плотность транспортируемого материала, т/м3;左口 — 0,25 ... 0,45 — коэффициент, характеризующий наполнение, т. е. отношение площади поперечного сечения материала к площади круга диаметром, равным диаметру винта; 屈——коэффициент, учитывающий наклон конвейера, k^ = 1 ... 0,65.
Для начальных расчетов пренебрегаем влиянием диаметра вала (из-за его малости, так как djD = 0,15 ... 0,25) и учитывая, что шаг винта р = (0,6 ... 1,25) D> производим проектный расчет диаметра винта (м)
D = l/Q/Sp?1Pl岛左в).
Частота вращения тихоходных валов с винтовыми лопастями n = kJ}/~D, где для легких грузов &т = 65 ... 50, для тяжелых грузов h = 45 …30.
Мощность (кВт) на валу винта на основании опытных данных определяют по формуле .
N = (Q/367) (L1AB 士 Я)»N = (Q/367) (L1AB 士 Я)»(125)(125)
N = (Q/367) (L1AB 士 Я)»
N = (Q/367) (L1AB 士 Я)»
(125)
(125)
где Lp — горизонтальная проекция пути перемещения материала, м;归㈢一коэффициент, зависящий от свойств перемещаемого матер нала,々® = 1 ... 4; при неабразивном и сухом материале k®= 1,2, при сильноабразивном или липком 々<о=4; Н — высота подъема материала, м.
Максимальное усилие, действующее вдоль винта,
几= M/【rtg(0 + p)],
где М = Л7(о ——вращающий момент винта; ю — угловая скорость, ю = =лп/30; г 一 радиус, на котором приложена сила трения груза о винт; г = =(0,25 ... 0,4) D； 6 — угол подъема винтовой линии, °; р = р/2； tg р = / 一 коэффициент трения груза о винт.
.2. ТРАНСПОРТИРУЮЩИЕ ТРУБЫ
Для транспортирования горячих материалов, а также материалов, выделяющих вредные пары, применяют транспортирующие трубы (рис. 111). На внутренней стенке трубы / большого диаметра расположена спираль 2. При вращении трубы, установленной на роликах 3, материал 4 за один оборот трубы перемещается на шаг спирали. Так как при вращении трубы материал все время перемещается и крошится, то применение транспортирующих труб ограничено, например, в цементной промышленности для обжига клинкера и др.
Труба имеет такую частоту вращения, при которой транспортируемый груз не увлекался бы центробежной силой во вращение вместе с трубой. Частота вращения (об/мин), при которой движение груза вдоль трубы прекращается, называется критической:
«кр = 42,3/-/D>
где D 一 диаметр трубы, м.
Рабочая частота вращения трубы и = (0,5 ... 0,6) пКр. Про- изводительность винтовой транспортирующей трубы (т/奇
Q = (60几。2/4) рmрДн
где р — ход (шаг) винтовой нарезки в трубе, р= 0,5D; рр — плотность транспортируемого материала, т/м8;后口——коэффициент заполнения для горизонтальных конвейеров,归口 = 0,2 ... 0,3.
Рис* Ш. Транспортирующая труба
5 Додовов129
Контрольные вопросы
Для каких грузов применяются винтовые конвейеры и трубы?
Как определить производительность винтового конвейера?
КАЧАЮЩИЕСЯ КОНВЕЙЕРЫ
Качающиеся конвейеры представляют собой транспортирующие устройства без специального тягового элемента. В них груз транспортируется за счет силы его инерции. Транспортирующему устройству (желобу), на котором лежит груз, сообщается в одном направлении движение с малым ускорением (с которым и движется груз), а в противоположном направлении транспортирующее устройство движется с большим ускорением, и груз, преодолевая силы трения, продолжает движение в первоначальном направлении. Сила инерции тут выше сил трения, и груз скользит по желобу или перебрасывается в направлении транспортирования.
ИНЕРЦИОННЫЕ КОНВЕЙЕРЫ
Качающийся конвейер представляет собой подвешенный или опирающийся на неподвижную раму желоб или трубу， которые совершают колебательные движения для перемещения груза. В инерционном качающемся конвейере груз перемещается силами инерции. При прямом ходе желоба силы инерции груза не превышают сил трения, поэтому он движется совместно с желобом. При обратном ходе желоба силы инерции груза превышают силы трения и он движется вперед по инерции.
Инерционные конвейеры изготовляют с переменным и постоянным давлением груза на желоб. Они работают с малой частотой качаний 5 ... 6 Гц при радиусе кривошипа 10 ... 20 мм.
Качающийся конвейер с переменным давлением груза на желоб (рис. 112) состоит из стального желоба /, соединенного с шатуном 2 и с наклонными пружинящими стержнями 3 шарнирно. С помощью кривошипно-шатунного механизма желоб совершает продольные качания, причем вследствие наклонного положения поддерживающих стержней желоб при движении вперед (вправо) несколько приподнимается, а при движении назад опускается.
Рис, 112. Качающийся конвейер
130
При движении желоба вперед и вверх благодаря инерции частицы груза прижимаются к желобу, что увеличивает силу трения, и движутся вместе с ним. При движении же желоба назад и вниз инерция груза уменьшает давление его на желоб, при определенных условиях желоб выскальзывает из-под груза и последний получает поступательное движение по желобу.
В инерционных конвейерах с постоянным давлением груза желоб движется прямолинейно на катках. С помощью специального кривошипно-шатунного механизма желоб движется в одну сторону с большим, а в другую с меньшим ускорением, чем достигается движение груза по желобу.
Инерционные конвейеры с малой частотой колебаний (0,7 ... 83 Гц) имеют длину до 15 м и транспортируют груз в горизонтальном или наклонном направлении с производительностью до 100 м3/ч. Обычно скорость движения груза по горизонтальному желобу 0,1 ... 0,2 м/с.
Производительность (т/ч) инерционных конвейеров
Q = 3,6и4рр, (126)
где V ——скорость груза в желобе конвейера, м/с; А — площадь сечения груза в желобе конвейера, м2; рг — насыпная плотность транспортируемого груза в разрыхленном состоянии, кг/м8; рР — 0,8р.
Мощность (кВт) привода инерционного конвейера вычисляют по эмпирической формуле
2 = 0/4儿， (127)
где 尸° — сила тяжести груза и движущихся частей качающегося конвейера, кН.
Качающиеся конвейеры просты по конструкции, надежны и удобны в эксплуатации. Недостатками этих устройств являются изнашивание желоба при перемещении абразивных грузов, образование пыли при перемещении пылевидных веществ, непригодность их для транспортирования липких грузов.
ВИБРАЦИОННЫЕ КОНВЕЙЕРЫ
Вибрационные качающиеся конвейеры устроены аналогично инерционным конвейерам с переменным давлением груза. Отличие заключается в малой амплитуде (доли миллиметра) и высокой частоте колебаний (до 50 Гц), при этом часть груза отрывается от желоба.
Б*Б*Для приведения в движение вибрационного конвейера применяют механические и электрические приводы — вибраторы (рис. 113). Желоб (труба) I подвешен на подвесках 2 и связан с колеблющейся частью 3 вибратора. Вибратор 4 с помощью под-
Б*
Б*
131
Рис. 113. Вибрационный конвейер:а о общий вид; б о ахема движения Fpyea^ в ■ вхена крепления вибратораРис. 113. Вибрационный конвейер:а о общий вид; б о ахема движения Fpyea^ в ■ вхена крепления вибраторавески 5 шарнирно связан с желобом /. Направление перемещения вибратора не совпадает с осью трубы (а = 20°), поэтому частицы груза, совершая микропрыжки, перемещаются вперед. Амплитуды колебаний, создаваемых вибратором, невелики, а значительная частота (50 Гц) обеспечивает высокую производительность вибрационных конвейеров. За счет упругой связи (рис. 113, 6) якоря электромагнита вибратора с трубой амплитуда ее колебаний превышает амплитуду колебаний якоря магнита, этому способствует также резонансный характер процесса.
Рис. 113. Вибрационный конвейер:
а о общий вид; б о ахема движения Fpyea^ в ■ вхена крепления вибратора
Рис. 113. Вибрационный конвейер:
а о общий вид; б о ахема движения Fpyea^ в ■ вхена крепления вибратора
Преимуществом вибрационных конвейеров с электромагнитным вибратором является простота конструкций, обусловленная отсутствием вращающихся частей.
Вибрационный конвейер представляет собой двухмассную систему, в которой масса 加工 конвейера и масса т2 вибратора свя^ заны пружиной жесткостью С. Массу вибратора выбирают нв расчета примерно 500 кг на 1 кВт потребляемой мощности. Коэффициенты сопротивлений для вибрационных конвейеров изучены недостаточно, для инженерных расчетов мощность (кВт) привода определяют по приближенной формуле
Рис. 114. Схема вибрационного элеватораРис. 114. Схема вибрационного элеватораN = 0,0018QLp + O,O55Fo> (128) где 尸о ——сила тяжести качающихся частей, кН.
Рис. 114. Схема вибрационного элеватора
Рис. 114. Схема вибрационного элеватора
Драктически конвейеры могут иметь любую длину.
Необходимое число вибраторов z при мощности одного вибратора Р» вычисляют по формуле
Производительность вибрационных конвейеров 50 ... 150 т/ч. Ввиду незначительной амплитуды крошение груза и выделение пыли при перемещении почти отсутствуют.
К32
К недостаткам вибрационных конвейеров с электромагнитным приводом нужно отнести трудность синхронизации работы большого числа электровибраторов и значительную массу.
Для подъема груза на высоту существуют вибрационные кон- вейеры-элеваторы (рис. 114), представляющие собой цилиндр, на внутренней или наружной поверхности которого размещен спиральный желоб /. При колебательных движениях вокруг продольной оси и вдоль нее сыпучие грузы поднимаются по спиральному желобу и разгружаются наверху 2. Вертикальные вибрационные элеваторы выпускают высотой до 8 м и производительностью до 20 т/ч.
Контрольные вопросы
1* Какое отличие качающегося конвейера от вибрационного?
Для каких грузов применяются качающиеся конвейеры?
ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ТРАНСПОРТ
Пневматический транспорт относится к трубопроводному транспорту, а это не только нефтяные и газовые магистрали^ но и современные транспортные сооружения металлургических заводов, химических комбинатов, животноводческих комплексов, жилых домов и больниц. Для этого монтируют трубы, транспортирующие газ, жидкости, кислоты, пар и др. На химических заво^ дах протяженность внутрицеховых и межцеховых трубопроводов достигает нескольких тысяч километров, а стоимость их монтажа составляет более половины стоимости работ по установке технологического оборудования. Для транспортирования едких растворов 'трубы изготовляют из химически стойких металлов (свинец или коррозионно-стойкая сталь), но и они выходят из строя уже через несколько месяцев. В то же время стеклянные трубы служат в эксплуатации десятки лет. Они обеспечивают и идеальную чистоту при транспортировании пищевых продуктов (молоко, дрожжи, зерно, соки и др.).、
Широкое применение пневматического транспорта обусловлено его существенными преимуществами перед механическим транспортом. Перемещаемый в россыпи или штуках груз увлекается потоком воздуха по трубопроводу автоматически^ не загрязняя окружающую среду.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Пневматический транспорт применяют для перемещения кусковых, пылевидных, волокнистых и других материалов. Его действие основано на способности витания твердах частиц
133
вещества в потоке воздуха. Если в трубу, через которую проходит поток воздуха снизу вверх со скоростью и, ввести твердое тело массой т, то на него будут действовать сила тяжести и сила скоростного потока воздуха
F8 =也/吟 (129)
где k ——коэффициент сопротивления груза перемещению; 4 ——площадь Ми- делева сечения, т. е. сечения, нормального к направлению воздушной струи; действием силы трения тела о воздух пренебрегаем ввиду ее незначительности.
При mg > Fs тело будет опускаться вниз, а при mg < F§ подниматься вверх; при mg =戶§ тело будет находиться на месте в состоянии витания.
Скорость воздуха при витании тела
%р = /mg/R4)'・ (130)
Таким образом, для транспортирования твердого тела в воздушном потоке необходимо, чтобы скорость воздуха в трубопроводе была больше скорости витания.
При решении вопроса о целесообразности применения пневматического транспорта следует принимать во внимание следующие факторы: удельную массу материала (чем больше удельная масса, тем выше скорость потока воздуха и тем больше потери в трубопроводах), твердость и форму частиц материала (при твердых острогранных частицах происходит изнашивание трубопровода), влажность материалов (при повышении влажности пневматический транспорт не рекомендуется).
Преимуществами пневматического транспорта являются высокая степень автоматизации, незначительные потери груза (герметичные пути), возможность устройства большего числа ответвлений в необходимых местах и приспособляемость к месту разгрузки, легкий доступ ко всем частям установок, возможность совмещения технологических операций с транспортными, невысокая стоимость, широкий диапазон производительности при дальности транспортирования до 2 км.
К недостаткам пневматического транспорта относятся большой расход энергии (в 8 ... 14 раз больше, чем при механическом транспорте), изнашивание деталей, соприкасающихся с грузом (колена и закругления трубопроводов при транспортировании золы или шлака).
ТИПЫ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТА
Пневматический транспорт бывает всасывающего (рис. 115), нагнетающего и смешанного типов.
Вакуумный насос 9 (ряс. 115, а) всасывающего пневматического транспорта создает разрежение в системе. Атмосферный воздух затягивается в сопло 2 (рис. 115, 6) и увлекает материал 1, Из сопла 134
Рис. 115. СхемыРис. 115. Схемывсасывающего пневматического транспортавсасывающего пневматического транспорта
Рис. 115. Схемы
Рис. 115. Схемы
всасывающего пневматического транспорта
всасывающего пневматического транспорта
материал, увлекаемый воздухом через гибкий шланг 3 и трубопровод 4, поступает в разгружатель 5 (рис. 115, в). В разгружа- теле скорость воздуха резко уменьшается и изменяется его направление, поэтому материал осаждается из воздуха на дно раз- гружателя, откуда непрерывно выводится через шлюзовой затвор 6 в предназначенное место. Фильтр 7 очищает воздух от оставшейся в нем мелкой пыли. Если пыль не представляет ценности, то очистка воздуха от пыли производится водой, если пыль является ценной, ее отделяют от воздуха с помощью матерчатых фильтров и выводят из фильтра через шлюзовый затвор 8. Очищенный воздух через вакуумный насос удаляется в атмосферу. Из компрессора I (рис. 116) нагнетающего пневматического транспорта воздух подается в ресивер 2, а затем поступает в трубопровод, в который из шлюзового затвора 3 поступает материал. Воздух с материалом по трубопроводам проходит в разгружатель 4$ в котором материал отделяется от воздуха. Назначение фильтра 5 и шлюзовых затворов 6 и 7 такое же, как и у всасывающего
транспорта.
Смешанный пневматический транспорт представляет собой комбинацию всасывающего и нагнетающего устройства: из разгру- жателя всасывающего устройства материал через шлюзовой затвор поступает в воронку нагнетательного устройства.
заключенных в кожухзаключенных в кожухиз прорезиненного полотна.из прорезиненного полотна.Трубопроводы для пневматического транспорта выполняют из бесшовных или сварных труб. Гибкие рукава составляются из отдельных стальных элементов, соединенных гибкой лентой
заключенных в кожух
заключенных в кожух
из прорезиненного полотна.
из прорезиненного полотна.
Рис. 116. Схема нагнетающегоРис. 116. Схема нагнетающегопневматического транспортапневматического транспортаНаиболее простая схема разгру- жателя приведена на рис. 115, 6. Воздух с материалом входит в разгружатель с большой скоростью. Здесь скорость смеси значительно уменьшается вследствие увеличения поперечного сечения каналов, по которым происходит движение. Выделению материала содействуют рез
Рис. 116. Схема нагнетающего
Рис. 116. Схема нагнетающего
пневматического транспорта
пневматического транспорта
кие повороты на пути от входа к выходу воздуха. Выделяющийся из
воздуха материал осаждается и выгружается из нижнего штуцера через шлюзовой затвор. В вертикальной отводящей трубе скорость воздуха должна быть меньше скорости витания, чтобы с воздухом могла выходить лишь тонкая пыль.
Шлюзовые затворы во всасывающих устройствах служат для выведения материала из пространства с пониженным давлением в пространство с атмосферным давлением. Материал через шлюзовой затвор проходит сверху вниз. Левый штуцер (см. рис. 115, а) соединен с атмосферой, а правый ——с пространством пониженного давления. При вращении вала с радиальными перегородками против часовой стрелки в секциях, отмеченных кружком, давление атмосферное, а в секциях со знаком тире —— пониженное. При работе затвора загружаются секции с пониженным давлением и разгружаются секции, в которых давление атмосферное.
РАСЧЕТ П Н ЕВМАТИ Ч ЕС КО ГО ТРАНСПОРТА
Для перемещения груза по трубопроводу необходима скорость движения потока воздуха, превышающая критическую:
% = (1,25・・・2,5)%р. г (131)
Исходя из опытных данных скорость воздуха в трубопроводах выбирают в пределах 10 ... 25 м/с в зависимости от транспортируемого материала. Скорость перемещения груза в трубопроводе % = (0,65 ... 0,85) ов. Чем выше скорость воздуха в трубопроводе^ тем больше может быть массовая концентрация смеси, т. е. насыщенность воздуха частицами груза. Коэффициент массовой концентрации смеси
D = Q/(3600VbPbJ,(132)
где Q — производительность, т/ч; VB—расход воздуха (объем перемещаемого воздуха), W/c; рв — плотность воздуха, рв — 0,00124 т/м8.
Для всасывающего пневматического транспорта коэффициент концентрации смеси р = 3 ... 35, для нагнетающего р = 40 ... 75. При достижении предельной концентрации происходит выпадение отдельных частиц груза и может произойти закупоривание трубопровода в месте его наибольшего сопротивления.
Диаметр (м) трубопровода
d = 価了.(133)
Мощность (kBtJ воздушного насоса
N = рполн^в,(134】
где рцолн — полное давление воздука, кПа.
Давление воздуха расходуется на преодоление сопротивлений при вводе материала в трубопровод рВ1 на перемещение смеси "收$ 136
на преодоление вертикального подъема смеси 卩口，на сопротивление в коленах и отводах рк, а также в разгружателе 勺 и фильтре рф. С учетом неучтенных потерь для всасывающей системы
Рполн = 1,25〃в + 〃м + 〃口 + (а + %)+ 〃©)・
Здесь % = 0,0625* (10 + 0,5и); рм = 0,625* [(/ + h)/d] (1 + + ^н) (0,0125 + 0,0011/d)； при диаметре трубопровода d, горизонтальной длине I и высоте А коэффициент k = 0,45 ... 0,24. Для % = 15 ... 25 м/с Ри = 1,224/z (1 + 世)；рк = 0,116Qvl; "р = 2 кПа; рф = 1 кПа.
Необходимая мощность (кВт) двигателя воздушного насоса 整=Мп,
где п — КПД привода, п = 0,65 …0,85.
В качестве воздушных насосов для пневматического транспорта используют преимущественно вентиляторы. Их делят на вентиляторы низкого (до 1 кПа), среднего (до 3 кПа) и высокого (до 15 кПа) давления производительностью 3500 ... 77 000 м3/ч. Вентиляторы высокого давления изготовляют с радиальными лопастями. Их необходимая мощность растет с увеличением расхода воздуха, при этом давление снижается. Поэтому их выгодно применять при сравнительно небольшой производительности, когда они имеют максимальные показатели.
Контрольные вопросы
Какие преимущества и недостатки имеет пневматический транспорт?
Какую скорость называют скоростью витания частиц груза?
Опишите устройство пневматического транспорта.
ТРАНСПОРТИРУЮЩИЕ МАШИНЫ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ
Транспортирующие машины периодического действия служат для периодической подачи груза к рабочим местам. Если трасса движения безрельсового транспорта может быть произвольной, то рельсовый транспорт движется только по проложенным путям.
РЕЛЬСОВЫЙ И БЕЗРЕЛЬСОВЫЙ ВНУТРИЗАВОДСКОЙ ТРАНСПОРТ
У внутризаводского транспорта при движении по рельсовым путям меньше коэффициент сопротивления передвижению, а следовательно, и меньше мощность привода по сравнению с безрельсовым транспортом.
4JJ. РЕЛЬСОВЫЙ ТРАНСПОРТ
Для перемещения грузов по территории заводов и цехов используют различные тележки, которые передвигаются по рельсам или без них. В состав рельсового транспорта входят: рельсовый путь и путевое хозяйство; подвижной прицепной состав —— вагоны и вагонетки; тяговые и маневровые устройства (локомотивы, электровозы и др., которые в данном курсе не рассматривают).
Рельсовый транспорт различают по ширине колеи. В СССР принята ширина нормальной колеи (расстояние между внутренними гранями головок рельсов) 1524 мм, узкой колеи 750 мм. Для внутризаводского транспорта в большинстве случаев используют узкоколейный рельсовый путь (рис. 117), по которому передвигают вагонетки. На земляное полотно / настилают слой балласта 2. На шпалы 3 на подкладках 5 укладывают рельсы 4, которые крепят к шпалам костылями 6.
При перевозке сыпучих грузов применяют опрокидывающиеся тележки (рис. 118). Для перевода подвижного состава с одного пути на другой используют стрелки или поворотные круги. 138
Рис. 117. Схема расположения колес тележки иа рельсовом путиРис. 117. Схема расположения колес тележки иа рельсовом пути
Рис. 117. Схема расположения колес тележки иа рельсовом пути
Рис. 117. Схема расположения колес тележки иа рельсовом пути
Расчет сопротивления передвижению тележки изложен в разделе механизмов передвижения грузоподъемных машин.
Широкое применение в промышленности нашли различные грузоподъемные и транспортирующие устройства на подвесных путях (подвесные дороги). Их используют для перемещения тяжелых грузов на участках с небольшим грузопотоком. Подвесные пути позволяют освободить пол цеха и территорию предприятий от рельсовых путей или других транспортных средств. Жесткие подвесные однорельсовые дороги изготовляют из проката (двутавра), по которому перемещаются ковши (при ручном приводе) или тележки — электрические тали. Путь подвешивают на специальных кронштейнах или прикрепляют к перекрытиям здания. Применение стандартных электроталей позволяет механизировать транспортные операции на предприятиях различных отраслей промышленности.
Рис. 118. Опрокидывающиеся рельсовые тележки:
а — для опрокидывания ковша иа бок; б — для опрокидывания ковша G поворотом в любую сторону
Расчет усилия для перемещения тележки аналогичен расчету, приведенному в разделе грузоподъемных машин, а для подвесных рельсовых дорог с цепной и канатной тягой расчет аналогичен расчету, приведенному в разделе транспортирующих машин непрерывного действия с тяговым элементом (цепные подвесные конвейеры).
БЕЗРЕЛЬСОВЫЙ ТРАНСПОРТ
В зависимости от характера и количества перемещаемых грузов, а также расстояния используют ручные, самоходные тележки или автомобильный транспорт. Передвижение тележек обычно осуществляется по асфал ьти ров ан ным дворам и полу цехов.
Ручные тележки применяют для перемещения грузов на небольшие расстояния (до 100 м). Грузоподъемность ручных тележек 250 ... 1000 кг. К самоходным тележкам относят электрокары грузоподъемностью до 2 т. Они предназначены для межцеховых перевозок грузов на расстояние 100 ... 500 м (табл. 14).
Электрокары представляют собой тележки, приводящиеся в движение электродвигателем, который получает энергию от установленной на тележке аккумуляторной батареи. Электрокара ЭК-2 имеет неподвижную платформу. Более удобными являются электрокары с подъемной платформой I (рис. 119). Груз 2 уложен на столиках, что сокращает время погрузки и разгрузки электрокар.
Рис. 119. Электрокар с подъемной платформой для перевозки груза 140
14. Электрокары
Показатели
ЭК-2
ЭКП-750
Грузоподъемность, т
2
0,75
Мощность двигателя, кВт Размеры, ммз
2,8
1,35
длина
2720
2150
ширина
1140
830
высота
1310
1170
Скорость движения, км/ч!
6
с грузом
3 ... b
без груза
10
До 10
Собственная масса тележки в аккумуляторной батареей, кг
1500
1000
Электрокары работают бесшумно и не выделяют газов, но нуждаются в специальном уходе, ремонте и зарядке аккумуляторных батарей.
Контрольные вопросы
Чему равна ширина нормальной железнодорожной колеи в СССР?
Чем отличается ручная тележка от электрокара?
4・2・ ПОГРУЗОЧНО-РАЗГРУЗОЧНЫЕ МАШИНЫ
ПОГРУЗЧИКИ
Погрузчиками называют машины, оборудованные устройствами для захватывания груза, перемещения его в вертикальном и горизонтальном направлениях, укладки в штабель, погрузки в транспортные средства (железнодорожные вагоны, автомобили и др.) и выгрузки из них. Погрузчик с электрическим приводом называют электропогрузчиком, а с приводом от двигателя внутреннего сгорания — автопогрузчиком. Обычно погрузчики снабжены сменными захватами. Вилы предназначены для захвата тарно-штучных грузов, а ковш ——для сыпучих грузов.
В СССР выпускаются электропогрузчики грузоподъемностью 0,5 ... 1,5 т.
Грузоподъемность автопогрузчика 1,5 ... 7,5 т, высота подъема до 4 м. Скорость подъема груза 8 ... 12 м/мин, скорость передвижения автопогрузчика до 40 км/ч. Автопогрузчик (рис. 120) состоит из ходовой и подъемной частей. Ходовая часть обычно изготовлена из стандартных автомобильных деталей и узлов: двигателя 18 с коробкой передач 20, заднего моста /2, передних ходовых 11 и задних 14 колес, рулевого управления 21 и др.
Рис. 120. Схема автопогрузчика
В отличие от обычных автомобилей двигатель и поворотные колеса установлены в автопогрузчиках сзади, а задний мост со сдвоенными пневматическими колесами — спереди. Это объясняется большой загрузкой передней части автопогрузчика за счет находящегося здесь подъемного устройства и захвата для груза.
Управляемыми колесами управляют с помощью гидравлического усилителя, шток 16 которого связан с рамой погрузчика, а подвижной цилиндр 17 снабжен зубчатой рейкой, находящейся в зацеплении с шестерней 15 стойки поворотных задних колес)4. Направляющий гидрораспределитель 19 закреплен на цилиндре, его шток связан с рулевым управлением. Жидкость в цилиндр 17 толкателя подает насос. Ходовая часть автопогрузчика не имеет рессор, поэтому он не приспособлен для высоких скоростей движения.
Подъемная часть автопогрузчика состоит из вертикальной рамы 9, шарнирно укрепленной на раме автопогрузчика, и рамы 7, по которой перемещается каретка 5. Рама 7 служит для увеличения высоты и скорости подъема каретки с захватом 6. Для уменьшения консольного вылета захвата основная рама может наклоняться назад на угол ах (до 12°), для лучшего захвата груза она может наклоняться также вперед на угол аа (до 4°).
Приводы механизмов подъема и наклона 一 гидравлические толкатели, в которых жидкость через направляющий гидрораспределитель подается от насоса, приводимого карданным валом от двигателя автопогрузчика, в гидромагистр аль. Механизм подъема состоит из рамы 9, на нижней балке которой установлен цилиндр толкателя 8 (шток 4 его поршня оканчивается поперечиной 2), несущей звездочки 1 для пластинчатых грузовых цепей 3. Поперечина связана с рамой 7. Грузовая цепь закреплена на основной раме 9，перекинута через звездочку и вторым концом закреплена на каретке. При перемещении поршня в цилиндре вспомогательная рама перемещается вместе с ним, а каретка движется с удвоенной скоростью и проходит путь, равный удвоенному пути поршня (in = 2).
Гидравлический толкатель 13 механизма наклона передает через шток 10 усилие на основную раму подъемника. Меняя место крепления штока 10 к раме 9, можно получить различные углы отклонения вертикальной рамы. Толкатели управляются направляющими гидрораспределителями 22.
Гидравлические толкатели автопогрузчиков работают при давлении около 6,5 МПа. Это давление создают лопастные насосы 23, приводимые двигателем автопогрузчика.
Технические характеристики автопогрузчиков и электропогрузчиков, выпускаемых промышленностью СССР, приведены в табл. 15.
15. Погрузчики
Автопогрузчики
Показатель
4022
404S М
4045 Р
4008 М
Гр узоподъемность, кг
' 2000
3000
5000
10 000
Высота подъема, м
2,8
4
4
4,5
Скорость передвижения, м/о
1,8... 5,5
10
14,16
2,2
Скорость подъема, м/с
0,27
0,16
0,16
Мощность двигателя, кВт
37
51,5
51,5
74
Масса, кг
3160
5650
6350
13 200
Показатель
Электропогрузчики
ЭПВ-104
ЭП-103
ЭП-201
Грузоподъемность, кг Высота подъема, м Скорость передвижения, м/о Скорость подъема, м/с Мощность двигателя, кВт Масса, кг
750
1,8; 2,8; 4,5
1,9
0,13
2,5
2310; 2330;
2440
1000
L8; 2,8; 4,5
2,6 0,15
4 2150
2000
1,8; 2,8; 4,8
3,8
0/7
g,5
3640
При определении общего сопротивления передвижению тележки погрузчика [формула (55) ] нужно учитывать, что оно зависит от характера пути, материала, конструкции и размера колес. Значения коэффициента 々7 сопротивления качению колес [формула (56) ] по дорогам с различным покрытием приведены ниже:
Асфальт, бетон, булыжник, укатанный снег 0,015 ... 0,025;0,03 ... 0)05
Песок 0,15... 0,25
Сопротивление передвижению упрощенно можно определить так:
(135)(135)&力及（凡+凡）,
(135)
(135)
где 后о ——общий коэффициент сопротивления качению колеса по дороге, =(加+ 2初
Производительность транспортных средств
Qt =矶焼6"片， (136)
где ^рр и ^с ——коэффициент соответственно использования по грузоподъемности и суточного использования времени,左「口 = 0)4 ... 1; тг — номинальная грузоподъемность; f口 —— длительность одного цикла рейса при расстоянии L и скорости пробега с грузом vP и холостого 匕，f口 = L/vp + L/vx + 片 + fp； /п и /р — время соответственно погрузки и разгрузки.
СКРЕПЕРЫ
Для перемещения на складах сыпучих грузов, допускающих размельчение и дробление кусков, часто применяют скрепер (рис. 121) — рабочий орган (ковш) канатно-скреперных установок.. Он состоит из ковша 4, двухбарабанной лебедки 2, головной станции с направляющими блоками I, хвостовой станции с направляющими блоками 6, путей склада 7 для перемещения хвостовой станции, холостой 5 и рабочей 3 ветвей каната.
Скреперы выполняют как стационарными, так и передвижными. Обычно их производительность 50 ... 100 т/ч, хотя встречаются установки о производительностью более 600 т/ч. Груз перемещается в среднем на расстояние 60 ... 70 м, в отдельных случаях до 150 м.
Скреперы применяют на открытых и закрытых складах для транспортирования песка, гравия, золы и других грузов. В зависимости от грузооборота вместимость ковша колеблется от 0,5 до 5 м3. Масса ковша составляет 0,4 ... 0,6 массы зачерпываемого груза. Скорость каната обычно 1,2 ... 2,5 м/с. Скорость обратного хода в 1,5 раза больше рабочего.
Скрепер работает следующим образом. При включении рабочего барабана лебедки 2 (см. рис. 121) рабочая ветвь каната 3 передвигает ковш 4 к бункеру у головной станции I. Ковш (см. рис. 121ф б), двигаясь открытой стороной вперед, врезается в груз, 144
Рис. 121. Скрепер
захватывает и транспортирует его. При включении рабочего барабана и холостого хода ковш движется в обратном направлении без груза. Передвигая хвостовую станцию, можно разгрузить всю территорию склада. Для управления ковшом применяют двухбарабанные скреперные лебедки, конструкция которых мало отличается от конструкции обычных лебедок гр узоподъемных машин. Ориентировочно тяговое усилие рабочего каната в 2 раза больше силы тяжести захваченного ковшом груза.
Простейшим скрепером является механическая лопата (см. рис. 19, в), используемая, например, для разгрузки железнодорожных вагонов. Она состоит из обычной лебедки 5; тяговый элемент 6 и щиток 7 опускают ня насыпанный груз 8. При включении лебедки происходит транспортирование груза щитком 3 как ковшом.
Контрольные вопросы
1・ Чем отличается электропогрузчик от автопогрузчика?
Из каких элементов состоит скреперная установка?
43 ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТАХ
Развитие современного производства основано на использовании многооперационного оборудования, гибких модулей, станков с числовым программным управлением и робототехнологических комплексов. Важнейшей задачей интенсификации совре-
менного производства является комплексная механизация и автоматизация процессов, т. е. создание полностью автоматического производства. Создание и внедрение гибких автоматизированных производств (ГАП), допускающих возможность легкой перестройки оборудования на выпуск широкой номенклатуры изделий, тесно связано с разработкой и применением промышленных роботов (ПР). Промышленные роботы представляют собой универсальное средство автоматизации производственных процессов в условиях большого разнообразия и частого изменения выпускаемой продукции. Промышленные роботы могут быть успешно применены в различных сферах производства, включая погр уз очно- р аз гр у- зочные и транспортно-складские работы. Совместно с основным технологическим оборудованием ПР образуют различного вида робототехнические комплексы — основные структурные модули ГАП.
Внедрение роботов на производстве позволяет заменить ручной труд на монотонных утомительных операциях, связанных например, с перемещением и загрузкой изделий на конвейеры, операциях сборки, транспортирования, окраски, сварки изделий и др. Промышленный робот представляет собой универсальный автомат для выполнения механических действий по соответствующей программе.
В настоящее время за рубежом изготовлением роботов занято более 200 специализированных фирм. Число широко применяемых моделей и их модификаций превысило 600. По данным комиссий ООН, в 1985 г. число промышленных роботов, используемых в промышленности, достигло 65 000 в Японии, 50 000 в США и 30 000 в странах Западной Европы.
В СССР производство ПР увеличивается из года в год. Проектированием и изготовлением роботов заняты НИИ и ряд заводов машиностроения и приборостроения.
В массовом и крупносерийном производстве применение ПР исключает необходимость создания в каждом конкретном случае специальных транспортно-загрузочных средств, позволяет быстро переналаживать автоматические линии, а также комплектовать и вводить их в действие в сжатые сроки. В серийном многономенклатурном производстве ПР применяют для комплектации переналаживаемых автоматических линий из агрегатных станков и линий для групповой обработки деталей со сменными наладками. В мелкосерийном производстве применение ПР облегчает автоматизацию загрузочных операций оборудования.
Одной из основных причин создания и внедрения ПР является экономия средств. По сравнению с традиционными методами автоматизации применение ПР обеспечивает большую гибкость технических и организационных решений, снижение сроков комплектации и пуска в производство автоматизированных систем.
Основные показатели, характеризующие технические возмож
ности ПР:
146
1J номинальная грузоподъемность (кг);
размеры и форма рабочей зоны;
показатели степени подвижности: максимальное перемещение (мм, °); время перемещения (с); максимальная скорость (м/с, °/с); максимальное ускорение (м/с2, °/с2); максимальная абсолютная погрешность позиционирования (мм); число программируемых точек при прямом и обратном перемещении;
показатели захватного устройства: усилие захватывания (Н); время захватывания (с); время освобождения (с); максимальный и минимальный размеры объекта манипулирования (мм);
показатели устройства управления: число одновременно управляемых движений по степеням подвижности; число каналов связи (входов и выходов) с внешним оборудованием;
давление (МПа) и расход (м3/с) жидкости или воздуха (для ПР с гидро- или пневмоприводом);
напряжение электропитания (В);
потребляемая мощность (Вт);
показатели надежности: наработка на отказ (ч); срок службы (лет) до капитального ремонта и до списания;
масса (кг);
размеры (длина, ширина, высота) (мм).
Под грузоподъемностью ПР понимают наибольшую массу объекта манипулирования (масса захватного устройства в грузоподъемность не входит). Число степеней подвижности ПР — это число степеней свободы звеньев кинематической цепи относительно звена (стойки, основания и др.), принятого за неподвижное. Для ПР это число определяется суммой возможных координатных движений объекта манипулирования относительно неподвижного звена (движения захватного устройства, связанные с зажимом и освобождением объекта манипулирования, в число степеней подвижности не входят).
Под погрешностью позиционирования рабочего органа ПР понимают отклонение его положения от положения, заданного устройством передвижения (УП). Поскольку ПР, как правило, программируется методом обучения, эта погрешность определяется повторяемостью прихода звена ПР в заданную точку в течение цикла.
В карте технического уровня и качества ПР в дополнение к основным техническим показателям приводят такие, как уровень стандартизации^ технологичность изготовления, эргономические показатели и др.
ПР классифицируют по следующим признакам: специализация, грузоподъемность, число степеней подвижности, возможность передвижения, способ установки на рабочем месте, вид системы координат; вид привода и управления, способ программирования. По специализации ПР разделяют на специальные, специализированные и универсальные; по грузоподъемности — на сверхлегкие (до 1 кг), легкие (1 ... 10 кг), средние (10 … 200 кг), тяжелые
(200 …1(jw кг) и сверхтяжелые (свыше 1000 кг); по числу и степеней подвижности роботы разделяют на ПР с п = 2, ПР с и = 3, ПР с п = 4, ПР с и £> 4; по возможности перемещения — на стационарные и подвижные; по виду систем координат — на работающие в декартовой системе (плоской, пространственной), в полярной системе (плоской, цилиндрической, сферической) и в сложной полярной системе (цилиндрической, сферической).
По степени совершенства и системам управления ПР разделяют на три поколения.
В первому поколению относят роботы-манипуляторы» работающие в жесткой программе, записанной на перфоленте или магнитной ленте. В этих роботах использовано числовое программное управление. Для их переналадки на выполнение других операций достаточно изменить программу. Недостаток таких роботов заключается в том, что многие производственные операции не могут быть запрограммированы жесткой программой.
Второе поколение — это . роботы-манипуляторы, работающие по гибкой программе с управлением от ЭВМ. Они обладают свойствами частичной адаптации, а именно припособлением к условиям внешней среды в результате сбора и переработки информации в процессе движения исполнительного механизма.
Третье поколение ——это роботы-манипуляторы с элементами искусственного интеллекта, управляемые ЭВМ. Они будут полностью адаптироваться, т. е. с помощью системы чувств (искусственного слуха, зрения, осязания и др.) воспринимать и распознавать обстановку, автоматически принимать решения о своих дальнейших действиях и выполнять нх, а также самообучаться по мере накопления опыта работы.
Все три поколения не исключают одно другое и используются применительно к своим задачам. 、
Промышленный робот-манипулятор (рис. 122, а) состоит из манипулятора I — исполнительного органа, несущего схват 2, устройства передвижения (УП), если робот не стационарный, устройства управления. Как манипулятор, так и устройство передвижения являются исполнительными органами робота, взаимодействующими по сигналам устройства управления.
Устройство управления включает пульт управления, служащий для ввода и контроля задания, выданного оператором. Запоминающее устройство (ЗУ) служит для хранения программы работы. Вычислительное устройство (ВУ) реализует алгоритм управления и блок управления приводами манипулятора и устройства передвижения (5У〃). Управляющее устройство может быть встроено в корпус робота или размещено в отдельном блоке (рис. 122, а).
Связь всех устройств робота показана на рис. 122, б. Оператор вводит задание на работу, используя пульт управления (ПУ). Б УП осуществляет воздействие на технологическое оборудование (ТО) (см. рис. 122, а), которое обслуживает робот, и на техио- 148
Рис. 122. Устройство промышленного робота-манипулятора логический процесс (777), выполняемый манипулятором робота. Система управления включает также измерительное устройство, выявляющее состояние робота и внешней среды.
Обработка программы представляет собой выполнение операций в^ соответствии с сигналами, поданными на исполнительные устройства. Программное управление роботом разделяется на адаптированное (при котором в зависимости от параметров состояния внешней среды автоматически изменяется управляющая программа), контурное (при котором рабочий орган робота перемещается по заданной траектории с заданной скоростью) и позиционное (при котором рабочий- орган робота перемещается по заданным точкам позиционирования, причем траектория движения между этими точками не контролируется)..
Значительное распространение получили промышленные роботы агрегатно-модульной конструкции, собранные на базе унифицированных типовых деталей, модулей, агрегатов и сборочных единиц. ПР агрегатно-модульного типа имеет число степеней подвижности и кинематическую структуру, определяемые путем соединения соответствующих модулей в единую цепь в их различной комбинации. Модуль включает в себя механизмы и приводы, обеспечивающие одну или несколько степеней подвижности для ПР. Модули соединяют между собой унифицированными стыковыми поверхностями и у ни фн цн р ов аи нымн разъемами энергопитания. Агрегатно-модульный принцип построения позволяет создать специализированный робот для решения конкретной технологической задачи при минимально возможных затратах.
В настоящее время отечественной пр смышлён ностью разработан и изготовляется комплект унифицированных модулей для
компоновки пневматических ПР с цикловой системой управления. На основе этих модулей скомпонованы, например, различные модификации ПР мод. ГНОМ (14 вариантов) для сборочномонтажных работ. Создан также комплект унифицированных модулей для ПР с гидравлическим приводом и позиционно-цикловой системой управления мод. СМ-40 (16 унифицированных модулей).
На базе унифицированных электромеханических модулей (6 вариантов) комплектуются ПР мод. ПРЭМ грузоподъемностью от 1 ... 200 кг. Модели комплектуют с одним и двумя (руками) манипуляторами. В обозначениях промышленных роботов после указания модели вводится обозначение М ——манипулятор, его грузоподъемность (кг) и тип системы программного управления, например ПР М40 П81.01, т. е. промышленный робот с манипулятором грузоподъемностью 40 кг, компоновка 81, исполнение 01.
КИНЕМАТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ И УСТРОЙСТВО МАНИПУЛЯТОРОВ
Манипулятор это управляемое устройство, оснащенное рабочим органом (захватным устройством) и предназначенное для выполнения двигательных функций, аналогичных функциям руки человека при перемещении объектов в пространстве. Манипуляторы могут иметь ручное, автоматическое или комбинированное управление. Промышленный робот ПР включает в себя манипулятор и перепрограммируемое устройство управления.
В зависимости от конструктивно-компоновочной схемы промышленного робота перемещаемый манипулятором объект может располагаться в -рабочем объеме, имеющем ту или иную форму, а его перемещения осуществляться в различных системах координат. Система координатных перемещений ПР определяет кинематику основных движений механической системы и форму рабочей зоны.
Под числом и степеней подвижности ПР понимается число степеней свободы звеньев кинематической цепи относительно звена (стойки), принятого за неподвижное, т. е. суммы возможных координатных движений объекта, без учета движений зажима объекта захватным устройством (ЗУ). Число степеней подвижности ПР может быть 2 ... 7.
Важной характеристикой манипулятора является показатель погрешности позиционирования, который в современных ПР колеблется от ±4 до ±0,02 мм. Для большинства ПР этот показатель равен ±1 мм. Под погрешностью позиционирования понимают отклонение рабочего органа ПР от заданного управляющей программой.
Скорость линейных перемещений рабочих органов манипуляторов 0,2 ... 5 м/с (для большинства 0,6 ... 1,5 м/с), а угловых перемещений 60 ... 180 рад/с. Наибольшим быстродействием обладают манипуляторы с пневмоприводом.
На рис. 123 показаны системы координат, определяющие кинематику основных движений манипуляторов, и соответствующая форма рабочей зоны, обслуживаемой манипулятором.
Декартова система плоская и пространственная, при ней перемещение объекта рукой манипулятора осуществляется за счет прямолинейных перемещений звеньев механической системы по двум (при плоской системе, рис. 123, а) или трем (при прямоугольной пространственной, рис. 123, б) взаимно перпендикулярным осям х, у, г.
Плоская полярная система (рис. 123, в) характеризуется перемещением объекта манипулирования в одной координатной плоскости в направлении ради уса-вектор а г и угла ф.
Цилиндрическая система координат (рис. 123, г) характеризуется перемещением объекта манипулирования в направлениях г и <р основной координатной плоскости, а также по нормали к этой плоскости г. Следует отметить, что наибольшее число промышленных роботов (из 500 известных модулей) работает в полярных цилиндрических координатах.
Сферическая полярная система координат (рис. 123, 0) характеризуется перемещением объекта манипулирования в заданную точку пространства за счет радиуса-вектора г и его угловых перемещений <р и 0 в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.
Ангулярная (угловая) система координатных перемещений (рис. 123, е) плоская или пространственная (цилиндрическая и сферическая), характеризуется перемещением объекта манипулирования в направлении радиуса-вектор а г и осуществляется за счет относительных угловых поворотов звеньев манипулятора, имеющих постоянную длину (используется для ПР с шарнирной рукой).
На рис. 123 приведены также соответствующие кинематические схемы механических манипуляторов, работающих в упомянутых системах координат.
В промышленных роботах первого поколения использованы системы управления с непрерывной отработкой движения и системы с дискретной отработкой движения. Системы с непрерывной отработкой траектории получили название контурных систем управления, а системы с дискретным управлением — позиционных систем управления. Простейшим вариантом позиционных систем является цикловая система (по упорам), в которой число программируемых точек по каждой координате ограничено начальной и конечной позициями. Позиции задаются установленными упорами, контактными и бесконтактными переключателями релейного действия.
При контурном управлении движение исполнительного органа ПР программируется в виде траектории в рабочем пространстве а непрерывным контролем по скорости.
Энергетический расчет приводов манипулятора может быть выполнен исходя из следующих предпосылок. Закон изменения
Система координат движения руки mow叫/к/пАраСистема координат движения руки mow叫/к/пАраАнгулярнаяАнгулярнаяРабочая зонаРабочая зонаПространственнаяПространственнаяСтруктурная нинематичеснаяСтруктурная нинематичесная
Система координат движения руки mow叫/к/пАра
Система координат движения руки mow叫/к/пАра
Ангулярная
Ангулярная
Рабочая зона
Рабочая зона
Пространственная
Пространственная
Структурная нинематичесная
Структурная нинематичесная
Рис. 123. Системы координат, определяющие кинематику основных движений манипуляторов
Рис. 124. Схема руки манипулятора и закон изменения скорости ее движенияРис. 124. Схема руки манипулятора и закон изменения скорости ее движения
Рис. 124. Схема руки манипулятора и закон изменения скорости ее движения
Рис. 124. Схема руки манипулятора и закон изменения скорости ее движения
скорости движения руки / (рис. 124) является трапецеидальным, т. е. разгон и торможение происходят с постоянным ускорением. На рис. 124, б показан график изменения скорости, где время разгона /р = ином/а (иНОм — номинальная скорость, а — ускорение) равно времени 爲 торможения.
Для привода вращения руки fp = sRmax/。= со/в, где со — угловая скорость; — максимальный радиус обслуживания; 8 —— угловое ускорение.
Для трапецеидального закона перемещение S руки рассчитывают: в период разгона Sp = иНОм^2, а так как /р = /т> то Sp =
St； в период установившегося движения SyCT — ^ном^ст или Sp — а/р/2 при поступательном движении и Sp == a^/2Rma3 при повороте.
Время выполнения цикла /ц = 2/р + /уст = 2/р + (S — —2а/р/2)/^иом при линейном перемещении, а время выполнения цикла при вращении руки манипулятора /ц = (<р + s2Rmax/a)/s・
X ар актер истико й цикла по перемещениям при трапецеидальном законе изменения скорости является отношение пути 邑 разгона к полному перемещению S; Кц = S^/S = 0,1 ... 0,5, причем при Kr = 0,5 и Sp = 0,5S нет периода установившегося движения, закон выражается в треугольник (см. рис. 124), т. е. обеспечивается максимальная 0叫 скорость перемещения：
Sp =方》■ ^ » 質，&0№《V~Sa»
и при вращении соответственно ①皿《
Следует иметь в виду, что слишком малое значение Кц вызывает большие динамические нагрузки в механизмах манипулятора. Например, при S = 1 н скорости %ом = 1 м/с длина пути разгона Sp =万(""J") = 0>1 м» а Кп = Sp/S = 0,1. Перегрузка составляет 1,5.
Манипулятор, показанный на рис. 124, работает в сферической системе координат. Для вычисления необходимой мощности привода задаются грузоподъемностью т (кг) (массой переносимого груза), величинами R^ (м), S$ 屮一пределы перемещения
груза по координатам соответственно в м и рад, со и и — номинальные скорости перемещения (соответственно в рад/с и м/с).
При проектировании приводов обычно отсутствуют точные данные о массах звеньев и координатах центров их тяжести, необходимых для нахождения инерционных сил. Поэтому расчет ведут с использованием коэффициентов конструкций К, полученных из опыта проектирования [81.
Мощность (Вт) привода прямолинейного поступательного перемещения
"п =(尸 н + &) 〃ТЬ
где Fr —— сила тяжести полезного груза и неуравновешенных масс, FH = ^/па; Ki — коэффициент, характеризующий конструкции, Ki4 mHim = 1,4 ... 2,3 (加口 — общая масса перемещающихся частей); 尸広一сила инерции,尸区= =^/?1^2/(2^5); т]——КПД передачи» связывающий двигатель с исполнительным звеном.
Тогда
% = (壶 4" + gsina)，
где a ——угол наклона руки манипулятора (см. рис. 124); g—ускорение свободного падения, g=9,81 м/с2.
При горизонтальном расположении руки манипулятора (а = =0), приняв Kr = 0,1 и К】=2, получим мощность (Вт) подъема "шв — Ю/иа3/(5т1)
для привода вертикального перемещения груза (а = 90°) "m =*竺(金+ 1 ) .
Мощность двигателя для привода поворота руки манипулятора с грузом соответственно
%в = (Мном + Мн) ЗЛЬ
где Мном — момент груза и неуравновешенных конструкций относительно оси вращения, Мном — Лз^^ша^^ а-
Коэффициент конструкции
Кз =Кз =Mrom・ пMrom・ п加gRmax加gRmax«1,1 ... 2,«1,1 ... 2,где Мном. д — динамический момент, возникающий в период разгона и торможения:где Мном. д — динамический момент, возникающий в период разгона и торможения:Мном. дМном. дMmR^ax。'MmR^ax。'где K2 — коэффициент конструкции, K& =Окончательногде K2 — коэффициент конструкции, K& =Окончательно2Kr(p1,8+2,3.2Kr(p1,8+2,3.GRmax 加~2~GRmax 加~2~K^RmaxG”K^RmaxG”2Kw2Kw+ Ksg sin a).+ Ksg sin a).
Кз =
Кз =
Mrom・ п
Mrom・ п
加gRmax
加gRmax
«1,1 ... 2,
«1,1 ... 2,
где Мном. д — динамический момент, возникающий в период разгона и торможения:
где Мном. д — динамический момент, возникающий в период разгона и торможения:
Мном. д
Мном. д
MmR^ax。'
MmR^ax。'
где K2 — коэффициент конструкции, K& =
Окончательно
где K2 — коэффициент конструкции, K& =
Окончательно
2Kr(p
1,8+2,3.
2Kr(p
1,8+2,3.
GRmax 加~2~
GRmax 加~2~
K^RmaxG”
K^RmaxG”
2Kw
2Kw
+ Ksg sin a).
+ Ksg sin a).
Приняв а = 0, /Сц = 0,1, К2 = 2, К? = 2, мощность привода для вращения груза относительно оси Oz
Np = 10zn/?max®3/(W)；
соответственно для механизма качения руки относительно горизонтальной оси 0% при а = 1,57 рад,凡=1 (без груза, механизм уравновешен)
Мв =弊喚 co 卜 R*) + 1).
После выбора двигателя необходимо определить передаточное отношение передачи, связывающее двигатель с исполнительным звеном манипулятора.
При значительных неуравновешенных нагрузках передаточное отношение может быть определено из соотношения и = —Мн/(Мдв")，где Мдв — вращающий момент, развиваемый двигателем.
Если в приводе преобладают динамические нагрузки, то с увеличением /и уменьшается время разгона до номинальной частоты вращения и торможения до полной остановки.
Оптимальное значение передаточного отношения по быстродействию привода для трапецеидального закона перемещения может быть определено по формуле
^ОПТ =^ОПТ =У ^}Й^，У ^}Й^，
^ОПТ =
^ОПТ =
У ^}Й^，
У ^}Й^，
где J ——динамический момент инерций вращающихся частей манипулятора, кг• м2, J — Jrp + JM [^гр = т^шах — динамический момент инерции макси
мального груза; Jm ——Динамический момент инерции вращающихся деталей манипулятора^.
По этой формуле определяют передаточное отношение и приводов, в которых приведенный- момент инерции нагрузки превышает собственный динамический момент инерции двигателя /дв.
При /砂〃加 V 1, где /пр ——момент инерции привода, /пр = =J/〃2,辽=YJU^ Поскольку робот выполняет разнообразные циклы, то передаточное отношение необходимо рассчитывать на среднее арифметическое всех перемещений и моментов инерции в каждом нз этих перемещений.
Для поступательных перемещений при трапецеидальном законе движения /Пр А」дв оптимальная линейная скорость перемещения
%口国=卜 5МдинЗдвТ1/(2/Ин),
где Мдин ——вращающий момент.
Сбалансированные манипуляторы. Для выполнения погрузочно-разгрузочных и транспортно-складских работ на предприятиях широкое распространение получили специальные промышлен-
155
иые роботы, такие, как робокары, сбалансированные подъемники, а также сбалансированные манипуляторы и роботизированные конвейерные линии.
Основная задача такой робототехники заключается в обеспечении связи между транспортными, траиспортио-грузовыми по* токами и технологическими операциями, а также в автоматизации переработки грузов： затаривание, формирование в партии, за* грузка в контейнеры, погрузка в транспортные средства.
В настоящее время погрузочно-разгрузочные и транспортные работы иа предприятии являются фактически составной частью технологических процессов, а затраты, производимые иа них, составляют значительную сумму от стоимости изделий.
В качестве универсального средства механизации тяжелого ручного труда по загрузке и выгрузке изделий широко применяют сбалансированные манипуляторы. Сбалансированные манипуляторы допускают плавное регулирование скорости перемещения груза (0 ... 30 м/мин). Управление направлением и скоростью перемещения груза чаще всего осуществляется пневматическими рукоятками, которые расположены вблизи грузозахватного устройства или иа колонне, или ди^таициойио.
Сбалансированные манипуляторы с усилием 50 ... 100 Н могут поднимать, вращать и перемещать в горизонтальном направлении объекты массой до 600 кг.
В простейших сбалансированных манипуляторах груз массой до 120 кг поднимается и опускается с помощью привода, а в горизонтальной плоскости перемещается вручную. В качестве привода используют пневмопривод с пневматической системой управления. Они взрывобезопасны, но имеют небольшой диапазон регулирования скорости, а также недостаточно плавно перемещают груз. Для перемещения грузов массой 120 ... 300 кг используют манипуляторы с электроприводом, а массой 250 ... 2500 кг — манипуляторы с гидроприводом и электронной системой управления.
Сбалансированный манипулятор МС-150 (рис. 125, а) грузоподъемностью 150 кг напольного типа можно использовать с различными грузозахватными устройствами. Помимо выполнения погрузочно-разгрузочных работ, он может быть использован и для выполнения других операций, например иа грузовом крюке устанавливать дрель, клещи для точечной сварки и др.
Основными требованиями, предъявляемыми к сбалансированным манипуляторам, являются:
рука манипулятора должна находиться в уравиовешениом состоянии независимо от того, имеется иа захвате объект манипулирования или нет;
конструкция манипулятора должна обеспечивать перемещение объекта (груза) по траекториям, близким к прямолинейным;
нагрузка иа привод должна быть постоянной при перемещении объекта в рабочей зоне.
29002900GGсхема манипулятора МС-150; бсхема манипулятора МС-150; бРис. 125. Сбалансированный манипулятор:Рис. 125. Сбалансированный манипулятор:ческая схема сбаланснрованиого @ механизмом пантографаческая схема сбаланснрованиого @ механизмом пантографакннематн・кннематн・ман ипулятораман ипулятора
2900
2900
G
G
схема манипулятора МС-150; б
схема манипулятора МС-150; б
Рис. 125. Сбалансированный манипулятор:
Рис. 125. Сбалансированный манипулятор:
ческая схема сбаланснрованиого @ механизмом пантографа
ческая схема сбаланснрованиого @ механизмом пантографа
кннематн・
кннематн・
ман ипулятора
ман ипулятора
Рассмотрим систему уравиовешиваиия манипулятора, содержащего механизм пантографа.
Механизм пантографа (рис. 125, б) содержит исходное звено BD, вспомогательные звенья КА и АЕ и замыкающее звено DC. Исходное звено в точке В шарнирно соединены а кареткой 3 вертикального перемещения, а вспомогательные звенья КА и АЕ в точке А шариирио соединены с кареткой 4 горизонтального перемещения. Грузозахватное устройство с блоком 8 и ручкой Н управления шарнирно закреплены на конце замыкающего звена и имеет возможность вращаться относительно вертикальной оси. Блок 8 сохраняет постоянную ориентацию в пространстве за счет
Рис. 126. Положение звеньев пантографа при смещении кареток горизонтального перемещенияРис. 126. Положение звеньев пантографа при смещении кареток горизонтального перемещениязвеньев 7 и 10, а также двух косынок 11 и 9. На схеме угол а характеризует угол наклона исходного звена пан- тографа к горизонту.
Рис. 126. Положение звеньев пантографа при смещении кареток горизонтального перемещения
Рис. 126. Положение звеньев пантографа при смещении кареток горизонтального перемещения
При повороте ручки управления объект (груз) начинает подниматься и происходит автоматическое определение его веса и уравновешивание за счет создания соответствующего ему давления. Момент 鵬 создается ме
ханизмом разгрузки на звене BD — обычно это пружина, закрепленная в точке /, или противовес, уравновешивающие только собственный момент дисбаланса металлоконструкций пантографа, в то время как для подъема и уравновешйвания груза (объекта манипулирования) служит отдельный механизм, например с пневмо-, гидро- или электроприводом, управляемый упомянутой рукояткой Н на блоке 8.
Благодаря таким механизмам обеспечивается полная уравновешенность груза и пантографа, т. е. как 2To имеет место в обычных весах, находящихся в уравновешенном состоянии. Движение объекта вверх и вниз, если использован, например, пневмопривод, производится пневмоцилиндром, поршень которого перемещается вверх или вниз за счет управления клапанами, срабатывающими от разности давления воздуха. Разность давления появляется в результате приложения усилия руки к перемещаемому объекту, и плавное перемещение происходит в том направлении, в котором приложено это небольшое усилие. При снятии руки объект останавливается и поддерживается в этом положении.
Если применен электропривод, то в зависимости от угла и скорости поворота управляющей рукоятки Н на двигатель подается большее или меньшее напряжение. При отпускании рукоятки напряжение соответствует характеристике уравновешенного состояния, затем автоматически включается тормоз, а двигатель отключается. При отключенном электродвигателе груз остается уравновешенным и его можно поворачивать и перемещать в горизонтальной плоскости.
Связь перемещений звеньев манипулятора устанавливают, используя основное свойство пантографа, а именно три его точки Д, В и С всегда должны находиться на одной прямой. При этом горизонтальному хЛ и вертикальному ув перемещениям кареток 3 н 4 по направляющим соответствуют только горизон-
тальные хсл или вертикальные усв перемещения грузового блока 8. Передаточное отношение пантографа
ВС BD
На рис. 126, а штриховой линией показано положение звеньев пантографа при смещении каретки 4 (см. 125) горизонтального перемещения:
Ахл = ДА1.
Из подобия треугольников BAAf и ВСГС отрезки 44’ и СС параллельны и, следовательно, CCf/AAr = Дхс/ДхА = и, что доказывает возможность прямолинейного горизонтального перемещения блока 8, при движении каретки 4 по горизонтальной направляющей.
При неподвижной точке А (рис. 125, б) и смещении В (каретки 3) вертикального перемещения на величину Ад^ грузовой блок будет перемещаться аналогично по вертикали на величину А%. Из подобия треугольников АВГВ и АСГС
3；2・=j£' = (〃 一 1); AC = ВС — АВ = АВ (и — 1); ВС = ABuf
а следовательно, и скорость Д^с = Д^л (〃 一 1) не зависит от координат точки обслуживания.
Определим силу Fngt приложенную со стороны привода к каретке 3 (см. рис. 125), для уравновешивания манипулятора с грузом (объектом). Для этого рассмотрим равновесие системы, включающей объект (груз) массой /и, механизм пантографа из звеньев /, 2, 4 каждый длиной & & 4, массой ти 2,4 и координатой центра тяжести Ri,%4，грузовой блок массой тъ и каретку вертикального перемещения массой 团窗.Если принять а = 90° (угол наклона исходного звена), тогда момент сил основных деталей пантографа (не учитывая 7, 9, /0, //) относительно точки А
МА =(恤 + mJ gAE + m3R& — m2gKRz — FgKC.
Пусть правая часть приравнена ТИА = mn^gKC, где 团吨一 некоторая приведенная к грузовому блоку масса, создающая на плече КС тот же момент:
加иф = Sh + 恤)g 小丁 + m4g 元"一m* 胃" -恤g・
Из подобия треугольников, образуемых звеньями пантографа,
（Р4 = AR《；АЕ =厶）；.農丄==（Р4 = AR《；АЕ =厶）；.農丄==(U-M '(U-M '
（Р4 = AR《；АЕ =厶）；.農丄==
（Р4 = AR《；АЕ =厶）；.農丄==
(U-M '
(U-M '
4; здесь р — координата центра4; здесь р — координата центратак как KR% = ра, a DC тяжести; / — длина звена.
4; здесь р — координата центра
4; здесь р — координата центра
Тогда приведенная к грузовому блоку масса
тпф =(恤 + 陶 工T + 加4 Gly 十--S 值二亦 一 «5
и сила, приложенная к звену 3 в точке В, 尸ng = (/h +加时)S《月'
Для уравновешивания манипулятора без груза служит, как указывалось, пружина (см. рис. 125). Уравновешивание пружинами основано на том, что момент сил является в общем случае нелинейной функцией переменных кинематических пар и эту функцию необходимо обратить в нуль с помощью пружины. Уравновешивание пружиной оказывается тем точнее, чем ближе нижнее крепление пружины к оси шарнира (координата У) и больше расстояние от верхнего крепления.
Требуемая жесткость пружины
* 一 m口或
где тп—приведенная масса относительно точки D исходного звена, находят аналогично /пПф； g=9,81 м/с2; 2 — длина подпружиненного звена; Г — расстояние от верхнего крепления пружины до центра шарнира подпружиненного пантографа; р —— первоначальная длина пружины; У —— расстояние от иижией точки крепления пружины до шарнира.
Рис. 127. Схема сбалансированного манипулятора МБР-1 с уравиовеши- ваиием пр отивовесом
Для уравновешивания конструкций манипулятора применяют также потивовесы. Сбалансированный манипулятор МБР-1 (а также КШ) для погрузочно-разгрузочных и других работ (рис. 127) с уравновешиванием противовесом выпускают грузоподъемностью 63, 100, 165 и 280 кг. Манипулятор имеет пневмопривод.
На стойке / размещены система 2 управления пневмоприводом, пневмоцилиндр 6, каретки продольного 3 и вертикального 4 перемещения, противовес 5 манипулятора, ручка 7 для поворота руки манипулятора, ручка 8 управления и захватное устройство 9 для груза. Максимальное давление воздуха в пневмосистеме 6-106 Па, максимальная и минимальная рабочая высота соответственно 3740 и 470 мм. Максимальный и минимальный рабочие радиусы соответственно 2090 и 300 мм. Масса 370 кг.
Действие противовеса показано на рис. 127, б. Условие уравновешивания Ml' = ml; здесь массу подвижных частей манипулятора определяют аналогично т, показанному выше, но за точку приведения принимается не грузовой блок, а точка D исходного звена пантографа. При выборе точки закрепления противовеса (длиной Г) необходимо принимать во внимание не только размеры манипулятора, но и полный момент сил относительно оси сочленения
J = ml2 II + (Г//)],
Пневматическая система манипулятора состоит из обратного клапана, повторителя-усилителя, датчика массы, предохранительного клапана, пневмоцилиндра, манометра, рукавов и трубопроводов.
Манипулятор питается сжатым воздухом от пневмосети через систему подготовки воздуха, которая включает в себя фильтр- влагоотделитель и маслораспылитель. Для правильной работы манипулятора необходимо установить его так, чтобы отклонение оси вращения от вертикали было не более 2 мм на длине 1500 мм.
По горизонтали манипулятор без груза уравновешивают подбором противовесов. Для ур авновешиван и я по вертикали манипулятора без груза в пневмоцилиндр подают сжатый воздух. Давление воздуха в пневмоцилиндре регулируется винтом на датчике массы. Под действием противовесов и давления воздуха в пневмоцилиндре грузовой блок находится в состоянии безразличного равновесия в любой точке пространства в пределах зоны обслуживания.
Вес грузозахватного органа без груза или с грузом уравновешивается усилием пневмоцилиндра, развиваемым за счет давления воздуха. При этом управление давлением воздуха в пневмоцилиндре (рис. 128, а) осуществляется следующим образом: сжатый воздух через обратный клапан поступает в напорную линию и в полость А датчика массы. Вес груза и грузозахватного органа ^ерез рамку Ж воздействует на толкатель Е и, сжимая главную пружину, открывает нижний клапан.
Рис. 128. Схема пневматической системы уравновешивания с датчиком массыРис. 128. Схема пневматической системы уравновешивания с датчиком массы
Рис. 128. Схема пневматической системы уравновешивания с датчиком массы
Рис. 128. Схема пневматической системы уравновешивания с датчиком массы
Воздух из полости Л поступает в полость 5 датчика массы и далее через канал В и линию 2 в полость К повторителя-усилителя (рис. 128). При открытом клапане давление в полости 5 и канале В начинает расти. Это же давление через дроссельное отверстие Г создается в подмембранной полости Д. Давление поднимается до тех пор, пока открыт клапан, т. е. пока вес груза и усилие пружины больше силы давления воздуха на мембрану снизу. Когда силы, действующие на мембрану, уравновесятся, мембрана установится в среднее положение, клапан под действием вспомогательной пружины прижмется к седлу толкателя, закрывая проход воздуха в полость Б. Одновременно под давлением в полости К повторителя-усилителя (рис. 128, б) мембранный узел перемещается вниз, открывая нижний клапан. Сжатый воздух из полости Н через открытый клапан поступает в полость 附， а оттуда — в подмембранную полость Л и пневмоцилиндр. Когда давление в полостях к и 力 сравняется, мембранный узел займет нейтральное положение и клапан закроется. Таким образом, давление в пневмоцилиндре будет всегда равно давлению, создаваемому датчиком массы, и груз будет в уравновешенном состоянии в любой точке пространства и пределах зоны обслуживания.
При перемещении оператором по вертикали уравновешенного груза за рукоятку происходит автоматическая настройка системы. При перемещении оператором рукоятки вниз объем под поршнем пневмоцилиндра уменьшается, что приводит к повышению давления в нем. Под действием давления в пневмоцилиндре воздух поступает в полость 附 повторителя-усилителя, а оттуда в под-
мембранную полость Л Так как давление воздуха в полости 〃 теперь больше давления, поступающего от датчика массы в полость К повторителя-усилителя, мембранный узел перемещается в сторону верхнего клапана, открывая его. Воздух из пневмоцилиндра через полости Я, 3 и сапун выходит в атмосферу до тех пор, пока давление в пневмоцилиндре и полости Л не станет равным давлению в полости К・
Если рукоятку переместить вверх, объем под поршнем пневмоцилиндра увеличивается и, следовательно, давление понижается. Соответственно понижается давление в полостях М и Л повто- рителя-усилителя. Давление в полости К, связанной g датчиком массы, остается прежним. Мембранный узел перемещается в сторону клапана, открывает его. Воздух из напорной линии поступает через полости Н М повторителя-усилителя в пневмоцилиндр до тех пор, пока давление в нем и в полости Л не станет? равным давлению в полости К・
Для подъема груза оператор, закрепив деталь в захвате, поворачивает рукоятку вверх. Через тягу g роликом и рамку она нажимает на толкатель датчика массы который перемещает вниз мембранный узел и, сжимая пружину, открывает клапан.
Для разгрузки манипулятора рукоятку поворачивают вниз. При этом тяга с роликом и подвижная рамка, перемещаясь вверх, уменьшает нагрузку на мембранный узел, который под давлением воздуха в полости Д смещается вверх. Седло толкателя открывает проход воздуха из полости Д через канал Е в толкателе в атмосферу. Давление воздуха в полости Д, а значит, в линии 2 и в полости К повторителя-усилителя падает.
В пневмосистеме манипулятора предусмотрен предохранительный клапан, служащий для ограничения грузоподъемности манипулятора. Настройка производится вращением регулировочного винта предохранительного клапана до его срабатывания при поднятом максимально допустимом грузе. Обратный клапан позволяет исключить резкое опускание грузозахватного органа в случае падения давления воздуха в подводящем трубопроводе.
ПОДВЕСНЫЕ ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ
ШД-1ШД-1毆毆1818б)б)Z/20Z/20Рис. 129. Кинематическая схема подвесного промышленного робота УМ160ф2.81.01Рис. 129. Кинематическая схема подвесного промышленного робота УМ160ф2.81.01Z5Z59Ю9Ю刃323/30刃323/30/2/2吻267吻267/7/7
ШД-1
ШД-1
毆
毆
18
18
б)
б)
Z/
20
Z/
20
Рис. 129. Кинематическая схема подвесного промышленного робота УМ160ф2.81.01
Рис. 129. Кинематическая схема подвесного промышленного робота УМ160ф2.81.01
Z5
Z5
9
Ю
9
Ю
刃
32
3/
30
刃
32
3/
30
/2
/2
吻2
6
7
吻2
6
7
/7
/7
ния —— ПР, работающие в ангулярной системе координат. Отечественной промышленностью изготовляется несколько моделей подвесных роботов: СМ80Ц с одной рукой и СМ160ф2 05.01 с двумя руками, а также УМ160ф2, РС-25П; РС-40-Ц и М40.05. Применение в роботах такого типа двухпозиционных захватных устройств или двух независимых рук позволяет значительно сократить несовмещенное время работы станков, которые обслуживает робот.
Промышленный робот УМ160ф2.81.01 (рис. 129, а) имеет грузоподъемность 160 кг. Робот укомплектован широкодиапазонными быстросменными захватными устройствами в основном для загрузки на станки деталей типа тел вращения, но его можно использовать и для загрузки плоских и коробчатых деталей. Число степеней подвижности у него 4, в том числе управляемых одновременно 2.
Каретка / (рис. 129, б) робота перемещается по монорельсу 3/> установленному на опорах. Привод ее осуществляется от шагового электродвигателя ЩД-1 через г и др о у си л ител ь. Движение через зубчатые конические колеса передается к зубчатому колесу 32, которое зацепляется с рейкой 33. Привод содержит дополнительную, соединенную с гидродвигателем ГМ.-1 передачу, которая служит для выборки зазора в реечном зацеплении.
На каретке шарнирно закреплено плечо 28 руки. С плечом жестко связан рычаг, несущий шарнирно закрепленную шари- 164
ковую гайку 8. К каретке на кронштейне 2 шарнирно прикреплен привод плеча, включающий в себя шариковый винт 7, зацепляющийся с гайкой 8. Привод осуществляется шаговым электродвигателем ШД-2 через гидроусилитель и пару цилиндрических колес 5 и 5. С колесом 3 связана кулачковая тормозная муфта 4 с гидравлическим приводом, запирающая винт 7 при падении давления в гидросистеме.
При вращении винта 7 гайка перемещается по нему, поворачивая плечо 28 (максимальный угол поворота 90°). На плече руки на оси шарнирно закреплен рычаг /3, а на нем привод, аналогичный приводу плеча. Шариковый винт 30 привода зацепляется гайкой 20, которая шарнирно закреплена на рычаге. Вращение винту 30 передается от шагового электродвигателя ШД-3 через пару цилиндрических колес. С одним колесом связана кулачковая тормозная муфта 26. При вращении винта 30 рычаг 13 руки поворачивается (максимальный угол поворота 90°). В исходном положении локоть устанавливается относительно руки под углом 30°, что позволяет улучшить форму рабочей зоны.
К концу рычага 13 шарнирно прикреплена головка ", несущая шпиндель 21, в котором закреплены сменные захватные устройства. Шпиндель поворачивается вокруг своей оси на. 180° и имеет промежуточную точку остановки в середине хода.
К руке прикреплен спрямительный механизм, состоящий из системы рычагов и служащий для обеспечения поступательного перемещения головки, т. е. для сохранения вертикального положения шпинделя при любом положении звеньев руки. Этот механизм включает в себя палец 6, жестко закрепленный на каретке, свободный диск 11, несущий пальцы 10, 12 и 27, а также диск, жестко соединенный с цапфой головки. На диске закреплены пальцы 23 и 24. Пальцы 6 и 10 соединены рычагом 9, пальцы 12 M 23 — рычагом /4, пальцы 27 и 24 — рычагом 25. Вместе со звеньями руки рычаги составляют шарнирные параллелограммы.
Поворот шпинделя головки осуществляется лопастным гидро- цилиндром, управляемым следящим золотником 16. Щуп следящего золотника контактирует через рычаг 18 с кольцевым копиром /7, закрепленным на шпинделе головки. Ось рычага 18 закреплена на тяге /5, которая опирается на ступенчатый шток 19 вспомогательного трехпозиционного гидроцилиндра. В зависимости от положения штока ось рычага может устанавливаться на один из трех уровней, что приводит к изменению положения щупа следящего золотника по отношению к копиру и, как следствие, к повороту цилиндра. Каждому уровню рычага соответствует определенная точка остановки шпинделя. Шпиндель поворачивается на угол 180° и имеет промежуточную точку остановки в середине хода. Губки захватного устройства перемещаются с помощью встроенного в головку гвдроцилиндра 22 через тягу 20,
4・34 ЗАХВАТНЫЕ УСТРОЙСТВА
Промышленные роботы и манипуляторы оснащаются захватными устройствами (ЗУ), служащими для захватывания и удержания в определенном положении объектов манипулирования. Поскольку форма объектов различна, захватные устройства (схваты) различны по конструкции. Чаще промышленные роботы комплектуются набором захватных устройств различного назначения, которые можно быстро заменять в зависимости от характера выполняемой работы.
К захватным устройствам предъявляются требования, основ* ными из которых являются： надежность захватывания и удержания объекта； недопустимость повреждения объекта; достаточная прочность при минимальных размерах и весе.
В мелкосерийном производстве ЗУ должны обладать возможностью захватывания и базирования деталей в широком диапазоне их формы, размеров и масс.
Захватные устройства по принципу действия разделяют на зажимные, поддерживающие и притягивающие. Зажимные захватные устройства воздействуют на объект рабочими элементами, такими как губки, клещи и др. Поддерживающие ЗУ представляют собой крюки, вилки, петли и др., не зажимающие объект. Притягивающие ЗУ оказывают на объект воздействие с помощью магнитного поля (управляемые магниты) и вакуума (вакуумпри- сосы).
По характеру базирования объекта ЗУ делят на центрирующие^ фиксирующие, базирующие и способные перебазировать объект.
По виду управления ЗУ делят на неуправляемые, командные; жестко программируемые и адаптивно управляемые. Командные ЗУ управляются командами на захватывание или освобождение объекта. Жестко программируемые ЗУ изменяют в зависимости от заданной программы раскрытие губок захвата (схвата) и усилие зажима, а также взаимное расположение рабочих элементов. Адаптивно управляемые ЗУ оснащены датчиками внешней информации, определяющими форму поверхности объекта, его массу и усилие зажима.
На рис. 130, а показано неприводное захватное устройство со стопорными механизмами. Деталь в нем удерживается силой пружины за счет самозатягивания губок и работает только в вертикальном положении.
На корпусе 7 устройства закреплена направляющая 5, несущая запирающую планку 4. По направляющей может скользить головка 3, в которой шарнирно закреплены губки 九 Когда деталь удерживается губками ЗУ, планка 4 входит между верхними концами губок /, препятствуя их раскрытию. При укладке детали на разгрузочную позицию технологического агрегата ЗУ перемещается вниз до контакта детали с поверхностью, на которую производят установку. При этом головка 3 с помощью упора 2
90HhHHJBK 8 ^«OMVO§oo «OMOHh e I tt ^no§vso MHMOVVna^KH^ntf B44aam9Ad'dB'9dl q нонащйо иммоо^а Ks BOHWAAHBa OH6HHx19BO导 dgu SBUSV& 0 I« ^sotf-onn^ROKSKC 0 goHHOEBUBHHOHOdHnl I g9он匸 TH —
упирается в деталь и останавливается, а корпус 7 продолжает? опускаться. Планка 4 опускается и высвобождает губки /, которые расходятся под действием пружины 13. Одновременно срабатывает стопорное устройство, состоящее из свободно вращающейся защелки //, помещенной на оси /2, нижней втулки 9, закрепленной на корпусе 7, и верхней втулки 3. Последняя имеет храповые выступы только снизу, а втулка 9 имеет зубцы 6 сверху и снизу и, кроме того, снабжена прорезью по форме защелки //, у которой по сторонам имеются треугольные выступы, смещенные относительно храповых зубцов.
При сближении корпуса 7 и головки 3 защелка входит в зацепление с верхними храповыми зубьями и поворачивается на угол 45°. Когда корпус и головка расходятся, защелка входит в зацепление в верхними храповыми зубьями втулки 9, поворачивается еще на 45°,и ее выступы 10 попадают в прорезь, в результате чего планка 4 перемещается между верхними концами губок /, обеспечивая зажим детали. Чтобы разомкнуть захват, необходимо вновь сблизить корпус и головку, защелка опять войдет в зацепление с храповыми зубьями верхней втулки, повернется последовательно, как было указано, и будет удерживаться втулкой 8, а губки раскроются.
На рис. 130, б приведена схема широкодиапазонного рычажного захватного устройства с пневмоприводом. ЗУ представляет собой пневмо цилиндр 1, на штоке 4 которого установлена планка 5. На планке шарнирно закреплены тяги 2, связанные с поворотными рычагами 3. К рычагам прикреплены держатели 6, несущие сменные губки 7, которые позволяют использовать ЗУ для работы с объектами различной формы.
Переналадка ЗУ на другой диапазон захватываемых поверхностей осуществляется перестановкой осей тяг 2 в дополнительные отверстия планки 5, сдвигом держателей 6 по рычагам 3 и сменой самих держателей или губок 7.
Широкое распространение получили также широкодиапазонные центрирующие ЗУ с реечным передаточным механизмом (рис. 130, 8)для объектов типа тел вращения (например, ступенчатых валов). Две пары поворотных губок / свободно установлены на осях 7. На губках выполнены зубчатые секторы 8, входящие попарно в зацепление с зубчатыми рейками 3, которые, в свою очередь, связаны рычагами 4, образующими шарнирный параллелограмм. Рычаги 4 шарнирно связаны с тягой 2 привода. Устройство обеспечивает независимую работу каждой пары губок. Штриховой линией показано положение губок / при захвате ступенчатого вала. Участки 5 профиля губок / имеют меньшую толщину по сравнению с участками 6, что позволяет обеспечить подхватывание и центрирование деталей, расположенных с угловым смещением.
При работе с деталями типа колец и фланцев используют аналогичные по приводу ЗУ, но g одной парой поворотных губок.
Для транспортирования плоских объектов широко применяют? вакуумные захватные устройства, содержащие одну или несколько присосок (рис. 130, а). Как правило, разрежение под присосками / создается применением эжекторов с помощью энергии сжатого воздуха, поступающего от заводской сети. Вакуумные ЗУ пригодны для всех видов материалов, но имеют ограниченную силу притяжения (грузоподъемность) и непригодны для ребристых объектов (деталей).
Для переноса хрупких деталей неправильной формы и небольшой массы используют ЗУ с эластичными камерами двух типов, расширяющимися или изгибающимися. Действие таких ЗУ основано на деформации эластичной (например, резиновой) камеры давлением воздуха.
В центрирующем ЗУ для переноса цилиндрических деталей (рис, 130, 0) втулка 4 из резины крепится к корпусу / через кольцо 3 гайки 2 болтом 5, сжатый воздух подается в камеру по каналам в корпусе 1. Камера при этом раздувается и удерживает деталь силой трения.
Получили применение также захватные устройства g гофрированной гибкой оболочкой (рис. 130, е)・ Гибкие оболочки / закреплены на корпусе 4, снабженном регулируемым упором 2, закрепленным на винте 5. Воздух в гибкие оболочки подается по трубопроводам 3, в результате чего оболочки изгибаются и захватывают объект, например, цилиндрической формы. При снятии давления оболочки выпрямляются и объект высвобождается.
Широкое применение получили также магнитные захватные устройства с электромагнитами / (рис. 130, %). Электромагнитные ЗУ компонуют в большинстве случаев несколькими небольшими магнитами, установленными на общей раме. * Такие устройства применяют для переноса ребристых и решетчатых объектов, захватить которые вакуумными ЗУ невозможно. Подъемные электромагниты (рис. 130,宛)представляют собой корпус 3 из низкоуглеродистой стали, внутри которого размещены катушки 2 магнита, защищенные от повреждения листом 1 напрнмер, из латуни. Преимуществом таких ЗУ являются высокая точность базирования, быстрота захвата детали и простота конструкции.
Расчет? захватных устройств предусматривает? определение сил, которые действуют в местах контакта захвата (губок) в объектом (деталью) и в звене, взаимодействующем в приводом.
Коэффициент передачи рабочего усилия ЗУ
К = Р/Л
где Р — тяговое усилие на приводе;尸—сила важима (губок).
Различают? две группы ЗУ — в постоянным и переменным коэффициентом передачи рабочего усилия.
На рис. 131 приведены кинематические схемы некоторых ЗУ и значения К, соответствующие им» в функции основных геометрических параметров.
»0d!8HBdBII Я8мошёэшяош^ 8ЙД0Д8 ннпянАеяAS 2SM0 фямё£ё§»«^ *й^ ・°Hd
(Q+^SOQ-WIS] J
RU?S・8 uisq d
h?z8Y3
0；R
При расчете вакуумных захватов силу вакуумного притяжения можно определить g учетом возможного изменения атмосферного давлен ия и свойств уплотнен ия
尸= 0,85 (& —几)4”
где Р& — атмосферное давление; Р^ — остаточное давление в камере присоса; 4 ——площадь поверхности, ограниченная наружной линией контакта присоса с объектом.
При расчетах можно принимать (Р& — Рв) ^ 0,3 Па.
НАПОЛЬНЫЕ РОБОТЫ С ВЫДВИЖНОЙ РУКОЙ
Напольные роботы G горизонтальной выдвижной рукой составляют значительную часть общего объема отечественных роботов. Поскольку консольный механизм подъема не может обеспечить большого вертикального перемещения, роботы данной группы используют для выполнения простых транспортно-загрузочных операций при большом быстродействии. Чаще они снабжены пневмоприводом малой грузоподъемности с цикловой системой управления регулируемыми упорами. Отечественной промышленностью разработаны гаммы агрегатно-модульных промышленных роботов, построенных, например, на базе одной принципиальной компоновочной схемы. К ним относят гамму агрегатно-модульных ПР моделей РПМ-25, ГНОМ, РИТМ, ПР-117, 《Циклон》и ряд других.
Роботы с горизонтальной выдвижной рукой широко используют на операциях холодной штамповки, высадки, вытяжки, переработки пластмасс, маркировки элементов сборки в составе сборочных линий и контроля, а также сборочно-монтажных работ. Безаварийность работы таких роботов обеспечивается датчиками внешней информации, которые, например, исключают попадание одновременно двух заготовок в штамп пресса, обслуживаемого роботом.
Роботы данной группы могут быть оснащены одной или двумя выдвижными руками.
На рис. 132 показаны варианты возможных компоновок модификаций промышленного робота РФ-202М путем комбинаций модулей. В конструкцию ПР входят следующие модули： / ——блок электроуправляемых клапанов; 2 — модуль ротации (вращения); 3 — модуль горизонтального перемещения (выдвижная рука с захватным устройством); 4 — модуль подъема; 5 — модуль поворота; 6 — модуль линейной досылки.
Как следует из приведенных компоновочных схем, робот можно комплектовать с одним манипулятором — выдвижной рукой (рис. 132, а, б) и двумя манипуляторами (рис. 132, в——8). Максимальное число степеней подвижности четыре. Пневматический привод обеспечивает достаточно высокую степень быстродей-
Рис» 132. Варианты компоновок промышленння роботов РФ-202М путем комбинации модулей
ствия при относительно небольшой общей массе (36 кг) и соответственно невысокой грузоподъемности (0,2 кг).
Техническая характеристика робота РФ-202М
Грузоподъемность, кг °,2
Погрешность позиционирования рабочего органа, мм ±0,5
Число степеней подвижности 4
Число манипуляторов 1一2
Способ установки на рабочем месте Встроенный
Линейные перемещения, мм: манипулятора 200—400
модуля подъема 10—3°
модуля линейной досылкн 3,5—11,5
Регулирование углового положения манипуляторов, ° . . .0—100
Угловое перемещение, 9: одновременно двух манипуляторов 50—120
каждого манипулятора 0—11°
Скорость линейных перемещений, м/с: горизонтальных °,7
вертикальных °,2
Скорость угловых перемещений, °/с: поворота манипулятора 18°
вращения захвата 36°
ПриводПневматический
Вид управления Цикловой
Число программируемых координат 9
Число одновременно управляемых движений по степеням подвижности 3
Число каналов связи с внешним оборудованием: на вход 7
иа выход 7
Способ программирования Обучение
Давление рабочего тела, МПа °Л—0,6
Напряжение питания, В 22、
Потребляемая мощность, кВт °，15
размеры, мм: манипулятора 765X585X268
системы управления 540Х382Х363
Масса, кг: манипулятора 35,7
системы управления 23：5
Стоимость с системой управления, руб. 7700
Промышленный робот «Циклон-3.02> (рис. 133) предназначен для загрузки и разгрузки деталей при механической обработке и холодной штамповке и может использоваться с одной или двумя выдвижными руками. Применение в конструкции робота пневмогидравлического привода обеспечивает большую грузоподъемность (до 3 кг) по сравнению с описанным роботом РФ-202М при числе степеней подвижности шесть. На рисунке показаны также возможные* углы разворота рук.
Техническая характеристика робота «Циклон-3.02>
Номинальная грузоподъемность, кг 3
Система координат Циклическая
Число степеней подвижности ©
Максимальная абсолютная погрешность познционированн я, мм ±0,1
Число рук 2нлн 1
Максимальное перемещение руки: вправо (влево), 0 180
угловая скорость, % 60
Рис. 133. Схема промышленного робота кЦкклон-3.02>
1001000,6、П невматический180180Пневмогидрав-лическийНормальные1100X840X12505400,6、П невматический180180Пневмогидрав-лическийНормальные1100X840X1250540вверх (вниз), мм
100
100
0,6、
П невматический
180
180Пневмогидрав-лическийНормальные1100X840X1250
540
0,6、
П невматический
180
180Пневмогидрав-лическийНормальные1100X840X1250
540
скорость перемещения, м/с
вперед (назад), мм
скорость перемещения, м/с
Захватное устройство: тип перемещение:
угол поворота, °
угловая скорость, °/с
Привод
Условия работы
Размеры, мм
Масса, кг
Для управления роботом исцользуют управляющее устройство УЦМ-30 (изготовитель — завод счетных машин, г. Лубны). Способ программирования — ручное обучение. Роботы типа «Циклон» изготовляют нескольких модификаций, из которых «Циклон-5.02> имеет семь степеней подвижности. i
НАПОЛЬНЫЕ ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ ； С МНОГОЗВЕННОЙ РУКОЙ
В настоящее время промышленные роботы с многозвенной рукой приобретают все большее применение благодаря значительным преимуществам, в частности универсальности для выполнения различных технологических операций. Роботы такого типа обладают компактностью, относительно малыми размерами при широкой зоне обслуживания. Работа осуществляется, как правило^ в ангулярной системе координат. Робот можно использовать для сварочных и окрасочных работ, а также для погрузочно-разгрузочных работ в цехах промышленных предприятий.
Кинематическая схема робота IPB-6 (Швеция) с многозвенной рукой показана на рис. 134. Приводы робота размещены в корпусе / и включают электродвигатели 2, 7、9 2 19c печатным якорем и встроенным редуктором. Поворот руки вокруг вертикальной оси осуществляется от электродвигателя 9 через волновую беззазорную передачу /0, выходное колесо которой связано с поворотным корпусом 3. Эле ктр од в иг атель 2 через шариковую винтовую пару 4 поворачивает тягу 11, образующую со звеньями 5, 6 и 13 шарнирный параллелограмм, обеспечивающий поворот звена 6 вокруг оси А. Наклон звена 5 обеспечивается электродвигателем 19. движение которого через винтовую пару 18 передается на кривошип 3. При необходимости путем автоматического пересчета в УЧПУ скоростей можно осуществлять поступательные перемещения захватного устройства (при одновременной работе электродвигателей 2 и /9). Для разгрузки приводов предусмотрен уравновешивающий груз 12. Внутри звеньев руки размещены, тяги 14, 16 и кривошипы /5, 17 и 3. образующие систему передач, ' 174
Рис. 134. Промышленный робот 1РВ-6 с многозвенной рукой: а ■ общи! вид; 0 ■ ккнемаФвчевкая вкема
которые обеспечивают поворот захватного устройства. Робот? оснащен позиционным УЧПУ и датчиками положения, контролирующими движения звеньев ПР по всем степеням подвижности.
Предусмотрена возможность дистанционного управления ПР с удалением УЧПУ на 15—20 м от механической системы робота; программирование осуществляется методом обучения (в переносного пульта).
На рис. 135 приведена кинематическая схема отечественного промышленного робота ТУР-106 с многозвенной рукой, разработчиком и изготовителем которого является НПО «Техноприбор» (г. Смоленск). Робот обладает шестью степенями подвижности и предназначен для работы в составе робототехнических комплексов и гибких производственных систем для выполнения основных технологических операций (сварки, сборки и др.). Привод включает шесть электродвигателей М. В качестве передач использованы зубчатые, цилиндрические и конические передачи, а также цепные передачи. Стрелками показаны все шесть движений, которые может выполнять манипулятор (/ ... VI). Коаксиальное расположение валов в манипуляторе обеспечивает малые размеры и массу конструкции. Все шесть управляемых движений могут осуществляться одновременно от управляющей ЭВМ, причем число каналов связи с внешним оборудованием может достигать: на вход 96, а на выход 64. Размеры блока системы управления 1400x500x600 мм.
Техническая характеристика
Грузоподъемность, кг 6,3
Погрешность позиционирования рабочего органа, мм . . .±0,25
Число степеней подвижности 6
Число манипуляторов 1
Привод Электромехани
ческий
Управление Контурное
Число программируемых координат До 100
Число одновременно управляемых движений по степеням подвижности 6
Потребляемая мощность,кВт 4,0
Масса, кг 300
Размеры, мм . 1370Х600Х1770
Способ программирования Обучение
Для выполнения сборочных и сварочных работ, а также обслуживания станков с ЧПУ часто используют промышленный робот РМ-01 с многозвенной рукой — изготовитель фирма «НОКИА» (Финляндия). Робот оснащен устройством управленйя «Сфера-36» производства МПО «Гранат» (г. Минск). Манипулятор (рука) типа «Пума 560》имеет шесть степеней подвижности с электромеханическими приводами и управлением от ЭВМ. На рис. 135, в показаны основные элементы (звенья) робота и степени подвижности манипулятора. Допускается как напольный, так и подвесной варианты установки манипулятора.
Манипулятор представляет собой основание /, на котором закреплена колонна 2」Элемент 3 (плечо) может поворачиваться на колонне на угол 320°. Элемент 4 (верхняя часть руки) может поворачиваться на угол 266°, как показано стрелкой. Третий элемент (предплечье) 5 допускает поворот на 284°, качание кисти 6
6)
Рис. 135. Робот ТУР-106 с многозвенной рукой:
а ■ общий вид; 6 ■ квиемаФическая зкема; e»po6ov РМ-01 в иаивпуляфором «Пуна 5601 176
2,56Электромеханический сдвигателем постоянноготока±0,12,56Электромеханический сдвигателем постоянноготока±0,11,00,5Сферическое с радиусом0,92 мПневматический с упра-влением от четырех-ходового магнитногоклапана53,0Двухуровневое микро-процессорное1,00,5Сферическое с радиусом0,92 мПневматический с упра-влением от четырех-ходового магнитногоклапана53,0Двухуровневое микро-процессорное2205028022050280
2,5
6Электромеханический сдвигателем постоянноготока±0,1
2,5
6Электромеханический сдвигателем постоянноготока±0,1
1,0
0,5Сферическое с радиусом0,92 м
Пневматический с упра-влением от четырех-ходового магнитногоклапана
53,0Двухуровневое микро-процессорное
1,0
0,5Сферическое с радиусом0,92 м
Пневматический с упра-влением от четырех-ходового магнитногоклапана
53,0Двухуровневое микро-процессорное
220
50
280
220
50
280
на угол 200°, поворот кисти на 280° и повеют фланца киста с захватом на угол 520°. Каждое звено имеет свой следящий привод постоянного тока с постоянным магнитом, а трансмиссии включают зубчатые редукторы с цилиндрическими и коническими колесами высокой точности (степень точности пять) и зацепление с минимальными зазорами. Вспомогательные двигатели оснащены электромагнитными нормально замкнутыми тормозами, которые включаются при выключении питания двигателей. При этом манипулятор блокируется в том положении, в котором он находился в момент выключения питания. Тормоза также включаются при случайном отключении питания. Для технического обслуживания и ремонта робота тормоза отключают, и тогда манипулятор можно двигать вручную.
Манипулятор соединен с системой управления двумя кабелями. По одному кабелю -подается питание, а по другому передаются сигналы от импульсных датчиков и потенциометров. Для управления движением манипулятора необходимо постоянно контролировать положение и скорость движения звеньев. Для этого на вал каждого вспомогательного двигателя установлены в одном комплекте потенциометр и импульсный фотоэлектрический датчик. Вращение датчика обеспечивается от вала двигателя через скользящую муфту. Сигналы от датчиков индицируют положение звеньев, а скорость вычисляется на основании этих сигналов. Текущее положение манипулятора определяется в отношении известного (абсолютного) положения.
Установка абсолютного положения (калибровка) производится с помощью потенциометров и должна быть выполнена каждый раз после включения робота.
Техническая характеристика робота РМ-01
Грузоподъемность, кг
Число степеней подвижности
Привод
Точность позиционирования, мм
Скорость движения с максимальным грузом, м/с:
по свободной траектории
по прямолинейной траектории
Рабочее пространство
Привод захвата (схвата)
Масса манипулятора, кг
Устройство управления «Сфера-36>
Питание от сети: напряжение, В частота, Гц Масса устройства управления, кг
Для' обеспечения легкости программирования манипулятор имеет две системы координат: основную систему координат X, У, Z g центром в плече 3 манипулятора и систему координат инструмента g центром во фланце кисти X】，匕，2工.Основная система координат неподвижна и используется, например, при обучении робота в ручном режиме. Система координат инструмента движется g кистью и также используется при выборе режима движения инструмента.
4.37 ПРИВОДЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ
Современные промышленные робота оснащаются гидравлическими, пневматическими и электрическими приводами.
В общем объеме мирового парка ПР около 50 % составляют роботы с пневмоприводами, до 45 % роботы с гидравлическим или электрическим и пневмогидравлическим приводом. Однако в последние годы отмечается значительное увеличение производства роботов g электрическим приводом.
Выбор типа привода зависит от ряда факторов, в частности от назначения и условий эксплуатации ПР, гр узоподъемн ости, вида системы управления, взрыво-пожаробезопасности и др.
Главными требованиями для всех приводов являются: минимальные размеры при высокой мощности; возможность работы в режиме автоматического управления; быстродействие (высокая скорость) при высокой точности позиционирования, малая масса привода при высоком КПД; минимизация времени торможенця; легкость отключения и снятия прикладываемого усилия и сохранения положения исполнительных механизмов при команде «стоп», а также стабильность его характеристик, надежность и долговечность.
Приводы ПР могут быть разомкнутыми и замкнутыми (следящими).
Гидравлический привод. По сравнению g электр опр и вод ом (ЭП) гидропривод (ГП) в системах автоматического управления имеет следующие преимущества:
высокое быстродействие, особенно при большом (более 15 МПа) давлении рабочей жидкости. Постоянная времени гидродвигателя в несколько раз меньше, чем у эле ктродви г ател я такой же мощности, из-за малого скольжения и небольшого момента инерции ротора;
большой коэффициент усиления мощности и по сравнению g пневмоприводом (ПП) высокий КПД (до 60 %);
стабильность скорости при изменении нагрузки, коэффициент скольжения у объемного ГП в 20—30 раз меньше, чем у ЭП постоянного тока; легкая осуществимость бесступенчатого регулирования в широком диапазоне выходной скорости при высокой степени ее редукции и плавности хода;
Рис. 136. Узел механизмов выдвижения и перемещения захвата ПР *Универ- сал-50М>
малая масса на единицу развиваемой мощности, что способствует уменьшению линейных размеров привода;
применение гидроприводов и поворотных гидродвигателей, что часто исключает применение редукторов.
Вместе с тем ГП обладает и рядом недостатков, к которым относятся прежде всего следующие:
сравнительно малая скорость передачи гидравлического импульса, которая при большой длине трубопроводов (более 2 м) может привести к значительным запаздываниям; необходимость удаления из жидкости пузырьков газа, иначе теряется основное достоинство ГП — несжимаемость рабочего тела; с удлинением магистралей на ГП также начинает сказываться податливость стенок трубопроводов;
зависимость объема жидкости от температуры окружающей среды, что вызывает непостоянство расхода и требует установки специальных расширительных бачков или систем термостатирования жидкости;
меньшая, чем у ЭП, гибкость проводки; трубопроводы как в производстве, так и при эксплуатации и ремонте более трудоемки, чем электрожгуты;
возможность утечки жидкости, особенно при высоком давлении.
Силовой следящий ГП роботов, как правило, имеет электрическое управление и электрические обратные связи, когда маломощная электрическая часть передает управляющие команды, а гидравлический привод выполняет функции силового исполни- тельного устр ойства.
Применение ГП рационально для роботов грузоподъемностью свыше 40——60 кг. В этом случае сложность и повышенная трудоемкость их в изготовлении и эксплуатации окупается высокими техническими характеристикам% а также небольшими размерами и массой.
Примером робота с ГП может служить робот «Универсал-50м>.
На рис. 136 приведен узел механизмов выдвижения и перемещения захвата робота «Универсал-50м». К корпусу 1 прикреплены привод 2, дифференциальный редуктор 3 и переходной ре-
дуктор 4. Крутящий момент передается на два квадратных вала 5 ] и далее на дифференциальную головку 6. От привода 8 выдвиже- j ния захвата 7 через реечно-зубчатую передачу момент передается на каретку 9, заставляя ее выдвигаться из корпуса L Грузо- | подъемность робота 50 кг, число степеней подвижности пять, j Подача масла в гидросистему осуществляется от гидропанели 10. j Робот оснащен механизмами поворота манипулятора вокруг ； вертикальной оси, поворота в вертикальной плоскости и выдви-： жения захвата.J
Использующиеся в приводах машины, преобразующие энер- j гию потока жидкости в механическую энергию, с неограниченным j вращательным движением выходного звена называют гидромоторами, а с движением выходного звена только в одном направле- j нии — гидроцилиндрами. Мощность (кВт) для всех типов ги- j дродвигателей|
У = Qp/60,j
где р—давление в гидросистеме, МПа; Q — расход жидкости, л/мин, Q =:] =10Tq叫 л — частота вращения гидродвигателя, об/мин; q — расход жидкости 1 за один оборот двигателя.；
Для гидродвигателей т] = 0,75 ... 0,98.J
Первоначальные значения конструктивных параметров гидро- | системы определяют по заданным максимальным значениям ско- 1 ростей Umax (①max) и нагрузке Fmax (Mmax) звеньев ^робота. Для j гидроцилиндров при конструктивно заданной полезной площади Лд | поршня давление в гидросистеме р = FmaxMn- ГидроцилиндръЛ | для роботов представляют собой гильзы из прецизионных труб j и имеют резиновые уплотнения с фторопластовой накладкой, что | обеспечивает малое трение поршня и штока. Встроенные тормозные^ 1 устройства дают возможность реализовать режим торможения -1 в конце хода штока. Цилиндры обеспечивают скорость переме- | щения до 1,5 м/с и работают на минеральных маслах вязкостью j (0,12 ... 2,5) 10~4 м2/с в диапазоне температур 10 ... 50 ℃.]
Во избежание возникновения вибраций и автоколебаний длина 1 хода штока гидроцилиндра не должна превышать 18——20 диа- j метров. При необходимом большем возвратно-поступательном j перемещении лучше применять гидромотор и реечную передачу j или передачу винт——гайка. Для гидромоторов необходимое раб<> 1 чее давлениеJ
р = Мтах2л/дп,j
где Мщах — вращающий момент, Н・м; % —удельная производительности ] гидромотора, см®/о6.扌 j
Длянеполноповоротныхдвигателейнеобходимое рабочее дав- j
ление(1
8MmахJ
где z — число пластин; Ь — ширина пластины, см;厶 и Р2 — соответственно 1 диаметрвалаидиаметрвнутренней полостимотора,м.'1
1801
GG
G
G
Рнс. 137. Схема электрогидравлического следящего привода серии ПЭГС
Серийные гидросистемы для ПР спроектированы на давления 6,3 …21 МПа, отдельные гидродвигатели которых могут развивать вращающий момент до 6000 Н・м.
В настоящее время широкое распространение получили комплектные электрогидравлические приводы вращательного и поступательного движения с широким диапазоном регулирования скорости при постоянном крутящем моменте. Создана единая серия управляющей аппаратуры и унифицированных насосных станций для этих приводов.
Электрогидравлическнй следящий привод серии ПЭГС (рис. 137, 〃) предназначен для обеспечения возвратно-поступательного линейного перемещения механизмов ПР по программе, задаваемой устройством ЧПУ в виде электрических сигналов напряжения и. Приводы укомплектовывают электромагнитным преобразователем ЭМП и встроенными датчиками обратной связи по скорости и положению. Привод конструктивно представляет собой дифференциальный гидроцилиндр 2, на котором смонтированы дросселирующий распределитель $ с электромагнитным управлением и блок / обратной связи. Электронное оборудование устройства управления приводом находится в отдельном блоке с автономным источником питания. Приводы выпускают тринад-
Рис. 138. Гидроцилиндр линейного М20ЦРис. 138. Гидроцилиндр линейного М20Цперемещения руки манипулятора роботаперемещения руки манипулятора робота
Рис. 138. Гидроцилиндр линейного М20Ц
Рис. 138. Гидроцилиндр линейного М20Ц
перемещения руки манипулятора робота
перемещения руки манипулятора робота
цати типов (L = 545 …1485 мм; Н = 220 ... 280 мм) с ходом поршня 250 ... 1000 мм при скорости поступательного движения до 1000 мм/с. Привод укомплектован также эле ктр огидр а в л и че- скими усилителями УЭГ-8. Точность позиционирования 0,5 ... 1,5 мм.
Широко применяют также линейные электрогидравлические шаговые приводы Г28-2——семь вариантов исполнения с длиной хода 220 ... 710 мм и номинальным тяговым усилием 7 ... 14 кН при точности позиционирования (импульса) 0,05 ... 0,1 мм. Тип управляющего шагового двигателя ШД5-Д1М.
Привод с гидроцилиндром линейного перемещения предназначен для выдвижения руки манипулятора робота М20Ц (рис. 138). В приводе предусмотрено автоматическое двустороннее торможение поршня 5 в конце его хода. Жидкость под давлением подается в рабочую полость и поршень перемещается влево. В конце хода его втулка 4, закрепленная на штоке 3, входит в отверстие крышки /, в которую встроен регулировочный дроссель /3. При этом сливное отверстие перекрывается обратным клапаном, встроенным в штуцер 2, и масло начинает вытесняться через дроссель 13, в результате чего скорость движения штока 3 замедляется, предотвращая удар. При подводе давления в штоковую полость гидроцилиндра обратный клапан, встроенный в штуцер 2, открывается, а поршень 5 перемещает шток с большой скоростью вправо. При входе втулки 9 в отверстие крышки 7 происходит аналогичный процесс торможения штока с помощью
обратного клапана? встроенного в штуцер 8, и регулируемого дросселя 13 в крышке 7.
Поршень 5 снабжен уплотнениями 6, а шток 3 — соответственно манжетами 12. Крышки / и 7 притягиваются к гильзе 10 стяжными шпильками 11.
Для остановки без удара движущихся частей привода применяют также демпферы (рис. 138, б). Стакан 3 в конце хода силового поршня входит в его внутреннюю полость 2 и вытесняет жидкость из нее через кольцевой зазор S. Сила (Н) демпфирования при этом может быть найдена из выражения
где % — площадь стакана 3, ма; L — длина щели, м;卩一динамическая вязкость, Па-с; S — зазор, м.
Если требуется осуществить запирание поршня в промежуточном положении, используют фрикционный замок (см. рис. 138, в). Два конуса в головке поршня / образуют вместе с внутренней поверхностью цилиндра клиновидный зазор, в котором размещаются два ряда шариков 6, прижатых пружинами 4, Замок открывается с помощью вспомогательного поршня 5, свободно установленного на поршне /• При подаче давления с одной из сторон поршня / поршень 5 перемещается в осевом направлении и одним из своих упоров освобождает шарики. Замок используют при относительно небольших нагрузках, чтобы не повредить рабочую поверхность гильзы.
Для осуществления вращения механизмов ПР используют электрогидравлические следящие приводы серии СП. Приводы СП выполняют неполноповоротными (см. рис. 137, б). Привод содержит гидродвигатель серии ДПГ, к крышке которого со стороны свободного конца вала прикреплен редуктор 5 привода датчиков обратной связи по скорости и положению. К корпусу гидродвигателя прикреплен электрогидравлический усилитель 2 типа УЭГ-8, включающий в себя реверсивный следящий золотник 4 с электромагнитным управлением и корректирующие звенья 2 и 3. Изготовляют пять типоразмеров СП длиной 475 ... 620 мм, высотой 393 ... 342 мм; вращающий момент М = 500 ... 6300 Н -и при угле поворота выходного вала а — 270°.
Применяют также полноповоротные электрогидравлические следящие приводы SH 4-40 (ЧССР). В качестве исполнительного гидродвигателя используют различные типы гидромоторов, например серии Г15-2 и ГМ80. Для подачи масла в гидросистемы промышленных роботов разработаны унифицированные гидростанции серии СР. Станции изготовляют десяти типоразмеров; они имеют системы очистки и охлаждения рабочей жидкости (масла). Станции типа СР40水... СР63* имеют водяное охлаждение, а станции типа СР40В •- СР63В — воздушное охлаждение.
Пневматический привод. Пневматический привод используют в ПР грузоподъемностью до 20 кг, т. е. в конструкциях, не требующих большого крутящего момента и осевой силы. Роботы с пневмоприводом обладают быстродействием, простотой конструкции и управления, надежностью и безопасностью (пожаро- и взрывобезопасностью) работы и невысокой стоимостью. Недостатком пневмоприводов является невысокая статическая жесткость, обусловленная сжимаемостью воздуха, а также трудность поддержания заданной скорости и точности позиционирования.
Пневмоприводы разделяют на пневмоцилиндры одностороннего и двустороннего действия, неполноповоротные пневмодвигатели, пневмомоторы серии ПДЛ и мембранные камеры. Поршневые пневмодвигатели серии ПДП выпускают в одинарном и сдвоенном исполнении. В качестве рабочей среды в пневмоприводах используют сжатый воздух (0,6 МПа) с температурой 0 ... 60 ℃, насыщенный маслом (2 ・・・ 4 капли на 1 м3 воздуха).
В качестве механизма, преобразующего в пневмодвигателях серии ПДП поступательное перемещение штока пневмоцилиндра во вращательное движение выходного вала, используют зубчатореечную передачу.
Широкое применение получили также гидропневматические системы ПР, примером которых может служить привод ПР «Циклон-5.02».
Рука манипулятора выполнена в виде унифицированной конструкции (рис. 139). Объект манипулирования зажимается губками 1. Зажим и разжим захвата осуществляется сжатым воздухом, который через штуцер 26 и отверстие во втулке 15 поступает во внутреннюю полость пневмоцилиндра 2, в результате чего шток-поршень перемещается влево и с помощью закрепленного на штоке водила и рычагов сжимает губки 1. При выключении давления воздуха в пневмоцилиндре 2 происходит разжим охвата под действием пружины, надетой на поршень.
Привод поворота захвата включает два пневмоцилиндра 22, закрепленных на корпусе /4. При подаче сжатого воздуха в рабочую полость одного из пневмоцилиндров ——левого поршень 21 вместе с зубчатой рейкой 23 движется вправо, приводя во вращение шестерню 24, валы 17 и 3. Полость правого цилиндра в этом случае соединена с атмосферой. Для поворота схвата в другую сторону включается правый пневмоцилиндр. Угол поворота схвата регулируется винтами — ограничителями 25. Для обеспечения равномерной скорости поворота схвата имеется гидродемпфер /6, который прикреплен к корпусу 14. Лопасть демпфера установлена на валу, кинематически связанном с валом J7. При повороте вала лопасть выжимает масло из одной полости в другую через дроссель, с помощью которого регулируется скорость поворота схвата.
Привод выдвижения руки представляет собой пневмоцилиндр, состоящий из трубы 10 с приваренными на концах фланцами 13
7 Додоаов
185
и /8. Внутри трубы размещен полый шток-поршень //, на переднем конце которого закреплен захват. К фланцам прикреплены два корпуса 14 и /9. В корпусе 19 запрессована бронзовая втулка 20, которая является направляющей штока-поршня 11. На штоке жестко закреплен хомут 4, к которому прикреплена штанга 5 с двумя упорами 6 и /2, предназначенными для ограничения хода штока. Передвигая упоры по штанге, можно регулировать ход руки. Положение упоров фиксируется винтами. Штанга 5 одновременно служит для удержания шток-поршня И от проворота относительно продольной оси руки.
Штоковая полость пневмоцилиндра постоянно находится под давлением. Для выдвижения руки сжатый воздух подается в противоположную полость этого пневмоцилиндра: шток-поршень 11 вследствие разности эффективных площадей поршня начинает перемещаться влево вместе со штангой 5 и упорами 6, /2, выдвигая руку до соприкосновения упора 12 в подпружиненный палец 7 датчика 8 положения. Датчик выдает сигнал в систему управления о срабатывании механизма выдвижения. Для втягивания руки давление в бесштоковой полости сбрасывается, и поршень под давлением воздуха в штоковой полости начинает движение назад.
Для увеличения скорости втягивания руки в магистрали подвода воздуха из сети установлен клапан быстрого сброса. В корпусе 19 расположен сдвоенный гидродемпфер, который обеспечивает торможение руки при ее движении вперед или назад при подходе к точке позиционирования.
Движущаяся вместе со штоком рука воздействует на упоры — упор 12 (при выдвижении руки) или упор 6 (при обратном ходе), которые нажимают на выступающие штоки золотников 9, утапливая их в корпусе. Масло при движении золотника 9 вытесняется из полостей через кольцевое отверстие, образованное коническим хвостовиком золотника и сверлением в корпусе. При перемещении золотника сечение отверстия уменьшается, плавно увеличивая сопротивление движению руки: происходит торможение руки. Эффективность (время) торможения можно регулировать дросселем.
Механизм подъема и поворота предназначен для осуществления перемещения рук вдоль вертикальной оси манипулятора и поворота рук вокруг этой оси.
Электрический привод. Электрический привод обладает рядом преимуществ, к которым следует отнести легкость подвода энергии и возможность использования любого типа управления. Электропривод широко используют в ПР средней грузоподъемности до 200 кг с позиционными, контурными и адаптивными
системами управления.
К исполнительным электродвигателям, применяемым в ПР, предъявляется ряд требований, основные из которых следующие: возможность торможения вала двигателя при снятии сигнала управления; широкий диапазон регулирования частоты вращения;
линейность характеристик; устойчивость работы во всем диапазоне частот вращения; большой пусковой момент; малая мощность управления; быстродействие; надежность в работе, малые масса и размеры.
В качестве исполнительных двигателей применяют электродвигатели постоянного тока серии ПБВ, ПСПТ, ДК-1, ПЯ, шаговые двигатели ДРШ и ШД-5 и электродвигатели переменного тока типа ДПУ.
Исходными данными для выбора типа электродвигателя являются конструкция ПР, особенности работы и область его применения.
Конструктивные особенности ПР обусловливают ограничения, касающиеся в первую очередь массогабаритных характеристик двигателей. Например, если предусмотрено расположение привода на основании ПР, то к массе и размерам электродвигателя не предъявляют особо жестких требований (в этом случае ограничиваются в основном соблюдением правил технической эстетики); если же предусмотрено расположение электроприводов непосредственно в звеньях ПР, то масса и размеры двигателей должны быть минимально возможными.
Особенности использования ПР также влияют на выбор типа двигателя. Например, для реализации высоких динамических характеристик ПР необходимо применение малоинерционных электродвигателей.
Область применения ПР зачастую имеет решающее значение при определении типа электродвигателя. Например, использование ПР во взрывоопасной среде обусловливает применение электродвигателя без коллекторных щеток, а использование ПР в горячих цехах ——применение двигателей, защищенных соответствующими изоляционными материалами.
Эффективное использование ПР во многом зависит от правильного выбора мощности электродвигателя. Применение двигателя недостаточной мощности может привести к нарушению нормальной работы отдельных механизмов ПР, а в ряде случаев — к аварии. Применение двигателя завышенной мощности приводит к снижению электрических показателей, уменьшению КПД двигателя, а также к утяжелению всей конструкции ПР.
В электромеханическом приводе ПР важнейшей составной частью является зубчатая и червячная передачи. В последнее время в электроприводах широко применяют волновые зубчатые передачи, обладающие рядом положительных качеств. Обычно в приводе ПР используют передачи с общим передаточным отношением 玄=60 ... 500. К ним предъявляют требования высокой крутильной жесткости и безлюфтовости при минимально возможной массе. В большинстве случаев в зубчатых передачах применяют устройства для выборки люфта, простейшим из которых является выполнение зубчатых и червячных колес разрезными а пружинным упругим элементом для их взаимного разворота.
Рис, 140. Механизм поворота руки манипулятора
В волновых передачах люфтовыбирание обеспечивается благодаря гибкому зубчатому колесу, которое, находясь в деформированном состоянии, автоматически выбирает зазор в зацеплении.
В обычных зубчатых и червячных передачах люфтовыбирающее устройство ухудшает качественные характеристики привода, снижая КПД и увеличивая изнашивание зацепления, размеры и массу. В табл. 16 приведены некоторые данные, характеризующие наиболее распространенные типы передач. Из таблицы следует, что волновая передача обладает рядом преимуществ в сравнении с другими передачами, чем и объясняется ее широкое применение в ПР с электроприводом.
16. Характеристики передач
Показатель
Передача
волновая
червячная
цилиндрическая
Номинальный вращающий момент, Н-м
300
200
300
Передаточное отношение
96
96
96
Размеры, мм
300X200X300
560X160X490
690X700X590
Масса, кг
12
48
110
Кинематическая погрешность, угловая секунда Момент трогания, Н-м
90
416
790
1,7
15,0
0,9
Крутильная жесткость, Н-м/рад
КПД, % (при прямом ходе)
3,3 • 10В
2,3・105
4,0-106
88
10
74
Механизм поворота руки манипулятора е зубчато-волновым редуктором приведен на рис. 140. Электродвигатель 5 постоянного тока, установленный на кронштейне корпуса 6 зубчатого редуктора, присоединен муфтой 4 к входному валу-шестерне /. Кроме того, входной вал редуктора связан зубчато-ременной передачей 3 с тахогенератором 2, закрепленным с помощью хомута на корпусе 13 механизма поворота.
Зубчатое колесо 9 редуктора закреплено на валу 10. На переднем конце вала установлен генератор волн 11 зубчатой волновой передачи, а задний конец, выполненный в виде шестерни, находится в зацеплении с зубчатым колесом 8 привода кодового датчика 7 углового положения. Для выбора люфта в передаче колесо 8 выполнено разрезным.
Жесткое колесо 15 зубчатой волновой передачи неподвижно установлено в расточке корпуса 73. Гибкое колесо /2, выполненное в виде тонкостенного стакана, установлено по шлицевой втулке входного вала-шестерни 14 редуктора. Вал-шестерня 14 с коническим зубчатым венцом вращается на подшипниках в расточке корпуса 13 и зацепляется с коническим колесом, установленным на шлицевой втулке на валу, к которому с помощью фланца прикреплен стол с вертикальной осью вращения. На поворотном столе (на чертеже не показан) с помощью направляющих планок и винтов закреплена рука манипулятора. Предельный угол поворота стола ограничен жесткими упорами и резиновым амортизатором.
Наряду с волновыми передачами в приводах также широко используют планетарные зубчатые передачи и шариковые передачи винт——гайка, а также направляющие качения типа № 20, РОЗ ... 12 и др.
Широко применяют в ПР комплектные регулируемые электроприводы постоянного тока, содержащие малоинерционный двигатель, преобразовательное устройство управления, силовой трансформатор блокопитания, дроссели в цепи якоря, а также встроенные в электродвигатель тахогенератор, датчик перемещения (в следящерегулируемых приводах) и электромагнитный тормоз. Например, комплектные приводы ЭТУ-3601 мощностью 1 ... 10 кВт и ЭТУ-3602 мощностью 10 ... 30 кВт обладают высокой перегрузочной способностью по моменту [(5 ... 7)-кратное] при максимальной частоте вращения соответственно 3000 и 2000 об/мин. Момент инерции у этих двигателей типа ПБВ в 5 ... 6 раз меньше, чем у обычных. Двигатели малой мощности серии ПЯ с печатным дисковым якорем используют в приводах манипуляторов при небольших нагрузках.
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РОБОТАМИ
По способу управления промышленные роботы делят на роботы с программным, адаптивным и интеллектуальным управлением. В свою очередь, по характеру перемещения и по отдель-
ным степеням подвижности различают системы управления контурные, позиционные и цикловые.
Цикловое управление является простым вариантом позиционного управления, при котором число точек позиционирования по каждой степени подвижности минимально и чаще сводится к двум— начальной и конечной.
Вместе с автоматическим управлением роботом применяют и управление со стороны человека-оператора, как один из способов программирования обучением. Участие человека в управлении выполнением роботом отдельных операций необходимо, так как часто эти операции не могут быть реализованы в автоматическом режиме и требуют интеллекта человека-специалиста. Управление роботом со стороны человека происходит в виде подачи отдельных команд на вход устройства управления или непосредственным управлением приводами манипулятора.
Устройства управления роботами выполняют обычно на базе микропроцессорной вычислительной техники и микроЭВМ. Цикловые устройства управления часто выполняют в виде устройств группового управления несколькими роботами. Устройства управления, выпускаемые отечественной промышленностью, являются в основном унифицированными, т. е. их используют с различными роботами определенного типа с определенными типами приводов. Как правило, системы управления роботами являются существенно нелинейными из-за нелинейностей приводов, устройств управления и алгоритмов управления.
От приводов манипулятора требуется высокая точность позиционирования и хорошее качество переходного процесса, который должен быть практически неколебательным.
Наиболее перспективными для роботов малой и средней грузоподъемности (до 200 кг) являются электрические приводы. Они позволяют любой тип управления реализовать, к ним легко подводится энергия, они удобны в эксплуатации.
Следящий электрический привод (рис. 141) промышленного робота РПМ-25 с питанием якорной цепи электродвигателя от тиристорного преобразователя (ТП) состоит из контура регулирования скорости ад с датчиком скорости (ДС) и регулятором
Рис. 141. Функциональная схема следящего электрического привода ПР
РПМ-25
190
скорости (PC) и контура регулирования положения g датчиком положения (Д/7) и регулятором положения (Р〃)・ Регулятор скорости ПИ-регулятор, а регулятор положения П-регулятор. Выходной сигнал с регулятора скорости поступает на вход системы управления ТП. С выхода ТП снимается напряжение ия, которое подается на обмотку якоря электродвигателя (ЗД). На вход PC поступает сигнал с выхода РП, Задающее воздействие, поступающее на привод, представляет собой электрический сигнал Ug который вырабатывается в устройстве управления роботом. Механическая часть электропривода (МП) включает в себя рабочий орган, редукторы и соединительные муфты и в общем случае может рассматриваться как многомассная система с люфтом и другими связями.
Элементы, которые подлежат выбору в процессе проектирования привода, —это двигатель, редуктор, датчик скорости и датчик положения. Остальные элементы представлены на рис. 141 в виде функциональных блоков и могут включать в себя усилительные, корректирующие, преобразующие и согласующие устройства, параметры которых выбирают с учетом требований динамических характеристик привода.
В настоящее время следящие электроприводы ПР, как правило, строятся на базе электродвигателей постоянного тока, так как при этом получаются более простые и надежные схемы управления.
Наряду с двигателями постоянного тока в электроприводах применяются асинхронные двигатели, однако их применение пока ограничено. Это объясняется сложностью электронных преобразователей, применяемых для регулирования частоты вращения.
Все большее распространение в роботах получает дискретный привод с шаговыми двигателями, который дает возможность преобразовать управляющие сигналы в угол поворота вала без датчика обратной связи.
Цикловые системы управления. На рис. 142, о приведена конструктивная схема одной степени подвижности, а на рис. 142, б — алгоритм управления циклового робота.
При подаче сигнала управления на электромагнитный клапан / воздух по линии высокого давления поступает в левую полость пневмоцилиндра 3 и перемещает шток 4 до тех пор, пока упор 5 не наедет на неподвижный упор 6. При этом воздух из правой полости пневмоцилиндра 3 поступает через дроссель 8 в атмосферу. Движение руки робота в обратную сторону осуществляется переключением электромагнитных клапанов / и 2 по сигналу системы управления УУ и включением дросселя 7.
Перспективным направлением для цикловых систем управления является использование в их структуре однокристальных микроЭВМ, микропроцессоров и специализированных програм
мируемых контроллеров.
Рис. 142. Схема управления приводом одной степени подвижности: а ■ пневмоанстема; 6 ■ алгоритм управления цннловезы роботом
В СССР наибольшее распространение получили микро- и мини-ЭВМ серий СМ ЭВМ и «Электроника». Характеристики некоторых отечественных управляющих ЭВМ приведены в табл. 17.
При выборе управляющей ЭВМ большое значение имеет наличие комплекта стандартных средств ее сопряжения с объектами управления. Такими средствами обладают, например, информационные вычислительные комплексы (ИВК), построенные на базе ЭВМ СМ-4. Они способны управлять сложным адаптивным роботом, оснащенным, например, системой технического зрения. Микропроцессоры могут быть использованы для организации цифрового управления приводами# предварительной обработки сигналов с датчиков зрительной информации и для других целей. Микропроцессорные комплексы различаются производительно-
1^4^93333S3S|1
為 OOOOOgou^1
2 口落 匸匚謂
. oooooooooo。 .
|g。。。。。。。。。。
<D К 0 в в
в в
W冃6
К с
1 1 Я 1 S 2 1 S 1 1 S 1 1
S3 3
11工1薪&|^1 1 § 1 1
1
О Е « 号龜
CD00
gS 09sz |i I16g I
® ® g я П к к о g 軀备
1囁
goTofg 二 二 g 二 寸 zz 丨
弱滤 liQ^
938a8Z3 割 寸 6Q3 寸
鷗11
89999999899g9
Z>—<T—tI»—IIIf—1W^lf—1f—1^^
G
^iCNCO 寸 I 盥 ^ii?5 S X
18. Наборы микросхем
Тнп микропроцессора
Разрядноать
Время выполнения команд (МКС)
Число рабочих регистров
Число ИМС в базовом МП
Потребляемая МОЩ-1 ноать, Вт
К-580
2
0,75
К-584
2
0,38
К-587
2
0,05
К-588
16
1,8
16
0,05
К-589
0,1
И
0,725
К-1883
L4
18
1>0
стью, системой команд и составом микросхем сопряжения с объектом управления. Основные параметры микросхемных наборов, получивших широкое распространение, приведены в табл. 18.
Для использования в системах управления промышленных роботов удобен набор К-580. Система команд этого микропроцессора сходна с системой команд минй'-ЭВМ СМ-3, СМ-4. В наборе имеются дополнительные микросхемы, обеспечивающие простое сопряжение с исполнительными механизмами робота. Серийно выпускают следующие микросхемы:
КР-580 ВВ55 ——пр о гр аммир уемый параллельный интерфейс связи с объектом управления;
КР-580 ВВВ1 — программируемый интерфейс прямого доступа к памяти микропроцессора;
КР-580 ВИ53 — программируемый таймер;
КР-580 ВН59 — программируемый контроллер для управления прерыванием;
КР-580 ВГ75 — программируемый контроллер электроннолучевой трубки.
На микропроцессорном наборе К-580 разработана и серийно выпускается ЭВМ СМ-1800. Для программирования микропроцессора К-580 имеется развитое обеспечение, включающее кросссредства для отладки микропроцессорных программ малых и средних ЭВМ.
Спецификой циклового робота является то, что он может быть представлен как конечный автомат, который характеризуется конечным множеством состояний входа U = (%, и2, ..., иг)— управляющие сигналы; конечным множеством состояний выхода У = (% Ра，Рз,…，Ут) — сигналы с датчиков; конечным множеством внутренних состояний X =(尤工,х2, х3, ...» хп) — точки позиционирования; двумя функциями; функцией перехода 屮；X X X U f X н функцией выхода 屮 = X X U f 匕 т. е.
К = (U, X, У,屮，叨.
Задание конечного автомата состоит в описании каждого из элементов, входящих в U, X, У, ср, 4* При этом функции ср,屮 194
автомата, убудут вы-автомата, убудут вы-ствующие множества входящие в описание глядеть следующим образом:U = 31工，〃12，以 21, 〃22§ ^31 > X = (%1，%2，%4，%5，%6，%7, Y = (У 11» У12» ^21，乡22，^311ствующие множества входящие в описание глядеть следующим образом:U = 31工，〃12，以 21, 〃22§ ^31 > X = (%1，%2，%4，%5，%6，%7, Y = (У 11» У12» ^21，乡22，^311〃32）； %）； 卜32），〃32）； %）； 卜32），могут быть заданк как в виде таблицы переходов, так и в виде графа. Так, например, для трехстепенного манипулятора соответ-
автомата, убудут вы-
автомата, убудут вы-
ствующие множества входящие в описание глядеть следующим образом:
U = 31工，〃12，以 21, 〃22§ ^31 > X = (%1，%2，%4，%5，%6，%7, Y = (У 11» У12» ^21，乡22，^311
ствующие множества входящие в описание глядеть следующим образом:
U = 31工，〃12，以 21, 〃22§ ^31 > X = (%1，%2，%4，%5，%6，%7, Y = (У 11» У12» ^21，乡22，^311
〃32）； %）； 卜32），
〃32）； %）； 卜32），
Функции перехода и выхода задаются следующими преобразованиями:
中：（%工，«12）f %4； W： （%，〃工2）f У12；
（/，«22）f %2；（打，«22）f 力2；
（%1，^32）f *5；（%1，%32）f J/12；
（%2, 〃工2）f *3；（*2，〃工2）f У12*
Функция перехода <р конечного автомата в итоге определяется кинематической схемой манипулятора и может быть представлена в виде таблицы. Таблица или граф перехода отражают возможное перемещение манипулятора. Для того чтобы захват манипулятора обошел заданные в процессе обучения точки позиционирования, необходимо сформировать соответствующую последовательность управляющих сигналов. Принципы построения устройства управления, которое реализует заданную систему функций переходов и выходов при соответствующей последовательности сигналов управления, в литературе описаны подробно.
Примерами цикловых систем локального управления ПР являются унифицированные устройства управления УЦМ-30, ЭЦПУ-6030, УЦМ-663 и группового управления УЦМ-100. На рис. 143 приведена структурная схема серийно выпускаемого унифицированного устройства УЦМ-100 циклового управления. Система построена в виде набора функциональных узлов с общим управлением от центрального блока, реализованного на базе микроЭВМ. В качестве программоносителя используют энергозависимое ОЗУ на интегральных микросхемах и ПЗУ. Устройство имеет достаточно развитую систему команд (язык программирования).
Современные ЭВМ, используемые для управления промышленными роботами, по типам интерфейса можно разделить на два больших класса: ЭВМ с интерфейсом (совокупностью аппаратных и программных средств для сопряжения ЭВМ с внешними устройствами) радиального типа и ЭВМ с интерфейсом магистрального типа. В первой структуре в ЭВМ имеются специальные регистры данных и команд для внешних устройств. Каждое внешнее устройство использует свой собственный интерфейсный блок, называемый интерфейсной картой. В ЭВМ предусмотрены специальные команды управления внешними устройствами. Для реализации высокоскоростного обмена информацией организуется специаль-
Но придоды ппнипулятораНо придоды ппнипулятораОт Онгтикоб манипулятораОт Онгтикоб манипулятора
Но придоды ппнипулятора
Но придоды ппнипулятора
От Онгтикоб манипулятора
От Онгтикоб манипулятора
寸
Рис. 143. Структурная схема устройства циклового управления УЦМ-100: а 宀 система управления ПР； б — связь всех устройств и управления ПР
ный канал прямого доступа в память (ПДП), обслуживаемый специальной интерфейсной картой. Среди отечественных ЭВМ, используемых для управления роботами, интерфейс радиального типа имеют роботы М-6000, «Электроника-100», СМ-1, СМ-2. “
Другой тип интерфейса применяют в ЭВМ с магистральной структурой. Магистраль ——это единственная система шин в ЭВМ, связывающая между собой процессор и все внешние и запоминающие устройства. Для организации стандартизованного цикла обмена информацией с магистралью каждое внешнее устройство снабжено контроллером. В СССР выпускается несколько типов 196
мини- и микроЭВМ с магистральным интерфейсом: СМ-3, СМ-4, «Электроника-100/25; «Электроника-100-16», «Электроника-60», «Электроника-НЦ80», «Электроника-79».
Интерфейс каждого из указанных устройств имеет свои преимущества и недостатки. Преимущества радиального интерфейса: схемы карт обмена информацией несложны и содержат небольшое число микросхем; число сигнальных шин, связывающих внешнее устройство с интерфейсной картой, минимально. Его недостатки: усложнение центрального процессора из-за необходимости обслуживания им интерфейсных карт; разнообразие интерфейсных карт, так как каждая из них «обслуживает» только свое специфическое устройство; невозможность подключить к процессору большое число внешних устройств одновременно; невозможность организовать внепроцессорный обмен данными между различными внешними устройствами; необходимость использовать специальные процессорные команды управления внешними устройствами, особые для каждого устройства.
Интерфейс ЭВМ, как правило, прямой связи с системой управления робота не имеет. Для взаимодействия между ними используют дополн и тел ьн ое звено, называемое устройством сопряжения с объектом (УСО). Оно преобразовывает сигналы интерфейса в аналоговые и дискретные, используемые в следящих приводах и системах.
Широко распространены УСО, выполненные в системе КАМАК (ГОСТ 26.201—84*) (информационно-измерительная система, обеспечивающая сопряжение совокупности ЭВМ и внешних устройств, построенная по модульному принципу). Система включает несколько стандартных элементов: конструкцию, интерфейс, шины и сигналы, источники питания, программное обеспечение и др., которые обеспечивают полную сопрягаемость блоков и устройств, возможность развития и расширения систем, набор реализованных по этим нормам модулей (аппаратных и программных). Задача системы КАМАК — организация программно-управляемого обмена между модулями и ЭВМ. Основной элемент системы КАМАК ——функциональный модуль — конструктивно завершенное устройство, выполняющее функцию обработки данных, но не имеющее источника питания.
Следующая структурная единица системы — крейт, объединяющий группу функциональных модулей, а также контроллер. Обмен информацией в пределах крейта осуществляется по стандартной магистрали. Сопряжение крейтов с ЭВМ осуществляется несколькими способами. Это может быть обмен информацией между крейтами (до семи) и ЭВМ через стандартное сопряжение —— драйвер ветви: контроллеры крейтов соединяют цепочкой один за другим, а последний —с драйвером ветви.
Позиционные системы управления. Позиционные системы управления роботами относят к общему классу систем автоматизированного управления, поэтому все классификационные при-
знаки последних справедливы и для позиционных систем. Основа ными техническими х ар а ктер исти ками систем управления, отно-\ сящихся к данному классу, являются: число управляемых координат —три ... восемь, объем памяти программ (кадров) — 100 ... 2500, число технических команд обмена информацией с внешним； оборудованием — 15 ... 128, тип привода — следящий или ди， скретный. По способу обработки информации (последовательная-^ или параллельная обработка координатных перемещений) по-: зиционные системы строят по структуре с центральным вычислителем и с децентрализованной структурой, когда вычислитель* входит в состав каждого «координатного» блока, В качестве при-；： мера систем G централизованной структурой может служить1 унифицированное устройство УПМ-772 позиционного числового ; программного управления. Основным программоносителем в си-: стеме УПМ-772 является кассетный накопитель на магнитной ленте, который совместно со своим блоком управления осуществ-； ляет прием, хранение и выдачу по запросу на МПА требуемой ； программы..!
Контурные системы управления. Контурное управление и с-' пользуют в роботах, рабочий орган которых движется по траек- ■ тории (линии, дуге). В качестве управляющего устройства ПР используют унифицированное контурное устройство УКМ-772 : управления, которое построено на базе микроЭВМ «Электро- ■ ника-60》.
Для роботов, оснащенных системой технического зрения,' применяют адаптивные системы управления. Примером может служить система управления роботом ПУМА (см. рис. 135, в). Обработка визуальной информации и управление движения робота решены здесь на основе использования двух микроЭВМ. Структура системы управления приведена на рис. 143, б. Здесь ЭВМ размещены в блоках 3 и 5. Имеются дисплейные терминалы / и 4 H пульт 2 обучения. Визуальную систему обслуживают тремя телекамерами — ТВ1, ТВ2 и ТВЗ. Процессор 5 визуальной . обработки определяет координаты деталей и передает их в устройство управления движением робота. Промежуточные результаты работы системы технического зрения контролируются на дисплейном индикаторе 6.
В системах управления роботами используют различные типы датчиков. В качестве датчиков обратной связи по положению или перемещению используют проволочные потенциометры, индуктивные и индукционные (типа вращающихся трансформаторов) электрические машины, фотоэлектрические сигналы-импульсы и кодовые преобразователи, а также контактные и бесконтактные путевые микровыключатели.
Наибольшее применение в системах управления промышленных роботов получили фотоэлектрические датчики двух типов: кодовые и импульсные. Импульсные датчики являются фотоэле ктр и ческими устройствами с дисковым ротором, угол поворота 198
которого преобразуется в последовательность импульсов определенной полярности. Количество импульсов характеризует относительное перемещение исполнительного механизма манипулятора. В бесконтактных кодовых датчиках положения угол поворота вала, жестко связанного с подвижным звеном манипулятора, преобразуется в многоразрядный двоичный код. Путевые микропереключатели МП2000 и ВП62-21 широко используют в схемах электроавтоматики ПР.
Индукционные датчики перемещения типа вращающихся трансформаторов представляют собой двухфазную электрическую микромашину, работающую на переменном токе. При вращении ротора в статорных обмотках индуцируется рабочее напряжение. Недостатками датчиков серии ВТМ являются их относительно высокая стоимость, необходимость питания током высокой частоты и оснащения специальным аналого-цифровым преобразователем блока сопряжения с процессорным устройством ЧПУ, а также ограниченный срок службы из-за наличия щеток и контактных колец на роторе. В связи с этим в ПР целесообразно применять бесконтактные трансформаторы серии БСКТ. В пневматических устройствах управления ПР целесообразно применять бесконтактные струйные путевые выключатели серии СТ135.
Главным недостатком проволочных потенциометров, используемых в качестве датчиков положения, является низкая точность измерения и надежность, обусловленная наличием контактной системы. Данный тип датчиков используют в ПР, не требующих высокой точности позиционирования рабочих органов.
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВНЕДРЕНИЯ РОБОТОТЕХНИКИ
Одним из важнейших путей ускорения научно-технического прогресса в машиностроении является неуклонный рост эффективности производства. В связи с этим экономическое обоснование рациональности внедрения всех видов автоматизации производства, в частности роботизированных технологических комплексов (РТК) и гибких автоматизированных производств (ГАП), в условиях хозрасчета является крайне необходимым.
Несмотря на большие выгоды, внедрение робототехнических комплексов связано с большими первоначальными затратами, поскольку стоимость роботов, учитывая их сложность и сложность систем управления, достаточно высока. Поэтому вопрос о целесообразности полной автоматизации участков производства требует в каждом конкретном случае комплексного рассмотрения.
Следует иметь в виду, что локальное внедрение роботов в процесс, как правило, является нецелесообразным, так как они лишь усложняют дальнейшую автоматизацию с безлюдной технологией.
Основным источником экономической эффективности является повышение производительности основного технологического оборудования, обслуживаемого промышленными роботами, или повышение производительности труда в результате замены тяжелого ручного труда на ряде вспомогательных операций: загрузки, выгрузки и транспортирования деталей и полуфабриката ——и основных технологических операций, таких, как сварка, окраска, сборка и др.
Следует иметь в виду и то, что внедрение робототехники повышает ритмичность производства, коэффициент сменности оборудования без увеличения численности рабочей силы, резко снижает процент брака путем повышения стабильности качества изделий и уменьшает размеры оборотных средств в незавершенном производстве.
Оценка экономической эффективности от внедрения промышленных роботов на предприятии может быть проведена в такой последовательности.
При определении экономического эффекта сравниваются варианты (базовый и новый), сопоставляются по объему и качеству производимой продукции, режимам работы, уровню цен и социальным факторам. Сопоставление производится из расчета годового объема продукции, производимой при новом варианте производства в условиях двухсменной работы оборудования.
На всех стадиях внедрения роботов годовой экономический эффект определяют по формуле
丸 ~ (3工 一 32) = (С工 + EJG) — (С2 + ЕяК?) руб”
где Зр ——годовой экономический эффект от использования робототехники 8a один год эксплуатации (суммарный), руб.; 3】 ——приведенные затраты по базовому варианту, рассчитанные на годовой объем продукции, производимой при использовании робототехники, руб.; 3纟一приведенные затраты при использовании робототехники, руб. (приведенные затраты представляют собой сумму себестоимости С продукции и нормативной прибыли Ея2； ‘I ——себестоимость по базовому варианту в расчете на годовой объем продукции, производимой при использовании робототехники, руб.; С2 ——себестоимость годового выпуска продукции, производимой с помощью робототехники, руб.; К。^2——капитальные вложения по базовому варианту в расчете на годовой объем продукции, производимой при использовании робототехники и по новому варианту.
Эффективность будет при положительной разнице приведенных затрат, т. е. 3^〉3?, при этом срок окупаемости должен быть менее 6 ... 7 лет.
Кроме экономического эффекта, определяют срок окуп ае- мости дополнительных капитальных вложений Ток:
Ток =(凡一K1)/G - С2).
Робототехника, за некоторым исключением, относится к классу
машин универсального назначения, что позволяет значительно 力 уменьшить объем работ по подготовке производства к выпуску новых изделий, в частности таких работ, как проектирование |
основного и вспомогательного оборудования, технологической оснастки, инструмента, управляющих программ, устройств контроля и регулирования. Это качество особенно ярко проявляется при использовании ПР, М и РТК в составе ГАП.
Анализ технико-экономических показателей при использовании роботов на различных технологических операциях показывает, что основная прибыль получается за счет экономии заработной платы рабочих, высвобождаемых роботами на всех стадиях производственных процессов.
Контрольные вопросы
По каким признакам классифицируются промышленные роботы?
Как определить число степеней подвижности робота?
В какой системе координат могут работать различные роботы?
Какие системы управления используются в промышленных роботах?
В чем преимущество агрегатно-модульного построения роботов?
Какие приводы используются в системах роботов?
Какие виды захватных устройств используются в манипуляторах?
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
5・1・ ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН
Обеспечение безопасности при работе с грузоподъемными машинами требует современного и качественного контроля за соблюдением действующих норм и правил по технике безопасности. В этих нормах и правилах, а также в инструкциях Госгортехнадзора СССР изложены требования, подлежащие выполнению в процессе проектирования и эксплуатации грузоподъемных машин [ГОСТ 12.2.065—81 (СТ СЭВ 1723—79)1.
В процессе эксплуатации грузоподъемные машины должны подвергаться периодическому полному техническому освидетельствованию, которое включает испытание машины и тщательный технический осмотр всех механизмов, электрооборудования, тормозов, канатов и других элементов.
Срок периодических испытаний грузоподъемных машин, таких, как краны, грузовые электрические тележки, передвигающиеся по рельсовым путям, ручные и электрические тали и лебедки для подъема груза, установлен один раз в три года, а для лебедок, используемых для подъема людей,——один раз в год. Кроме полного технического освидетельствования, грузоподъемные машины не реже одного раза в год должны подвергаться частичному техническому освидетельствованию, при котором испытания не проводятся.
Статические испытания грузоподъемной машины проводят с целью проверки ее прочности, включая прочность отдельных ее элементов, а для стреловых кранов еще грузовой устойчивости. Динамические испытания проводят с целью проверки механизмов машины и тормозов.
При статических испытаниях мостовых и передвижных консольных кранов тележку устанавливают в положение, соответствующее наибольшему прогибу ферм, а у стреловых кранов стрелу устанавливают в положение, соответствующее минимальной устойчивости крана. Затем крюком или заменяющим его устройством захватывают груз и поднимают на высоту 200 ... 300 мм (рис. 144). Груз берут в 1,25 раза тяжелее предельного рабочего груза, установленного для данного грузоподъемного устройства, а для лебедок с ручным и машинным приводом, используемых для подъема людей, в 1,5 раза тяжелее. Кран счи- 202
匸Eo-gz匸Eo-gzРис. 145. Схема к определению размера и шага при различной свивке каната:I — крестовой; 2 — одностороннейРис. 145. Схема к определению размера и шага при различной свивке каната:I — крестовой; 2 — односторонней
匸Eo-gz
匸Eo-gz
Рис. 145. Схема к определению размера и шага при различной свивке каната:
I — крестовой; 2 — односторонней
Рис. 145. Схема к определению размера и шага при различной свивке каната:
I — крестовой; 2 — односторонней
Рис.144. Схема испытания крана:
кран; 2 — груз
тается выдержавшим испытание, если в течение 10 мин груз не опустится на землю, а также не будет обнаружено трещин, деформаций и других повреждений.
При динамических испытаниях проводят повторные передвижения тележки с грузом с остановками в различных точках пролета, повторный подъем и опускание груза с одновременным передвижением тележки.
Срок очередных испытаний регистрируется на грузоподъемном устройстве.
Стальные канаты (тросы) грузоподъемных машин подвергают тщательному осмотру и при необходимости бракуют. Установлены нормы браковки стальных канатов в зависимости от предельно допустимого числа обрывов проволок на длине одного шага свивки каната. Шаг свивки каната определяют следующим образом (рис. 145). Измеряют диаметр каната, как показано на
19. Норма браковки стальных канатов
Канав
Свнвка
Число обрывов прн первоначальном коэффициенте запаса прочности
До 6
6,7
Свыше
6X19 (1+6+⑵+1 о. С.
Крестовая Односторонняя
Крестовая Односторонняя
Крестовая Одиосторояняя
Крестовая Односторонняя
12
6
22
11
36
18
36
18
14
7
26
13
38
19
38
19
16
8
30
15
40
20
40
20
6X37 (1+6+12+18)+1 о. с.
6X61 (1+6+12+18+24)+ + 1 о. с.
18X19(1+6+64-6)+10. с.
рисунке. На поверхности какой-либо пряди наносят метку а» от которой отсчитывают вдоль центральной оси каната столько прядей, сколько их имеется в сечении каната (шесть на рис. 149). На последующую прядь (седьмую) наносят вторую метку 6. Расстояние между метками соответствует шагу свивки. У многопряд- ных канатов шаг свивки определяют по числу прядей в наружном слое каната. Нормы браковки стальных канатов приведены в табл. 19.
Число обрывов проволок на одном шаге свивки, как признан браковки каната, конструкция которого не указана в таблице, определяют исходя из данных этой таблицы для каната, ближайшего по числу прядей и числу проволок.
Канаты, предназначенные для подъема людей, а также взрывчатых и ядовитых веществ, бракуются при числе обрывов проволок на одном шаге свивки в 2 раза меньше, чем указано в табл. 19.
При наличии у каната существенного поверхностного износа или коррозии проволок число допустимых обрывов на шаге свивки уменьшают на 50 %. При износе или коррозии, достигших 40 % первоначального диаметра проволок, канат бракуют. В этих случаях диаметр проволок измеряют при отгибании конца проволоки в месте обрыва.
При обнаружении в канате оборванной пряди канат бракуют.
52 ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ МАШИН НЕПРЕРЫВНОГО ТРАНСПОРТА
Машины непрерывного транспорта, как и всякие другие машины освобождают человека от тяжелого однообразного труда- по перемещению груза. Однако неправильное использование машины или неумелое обращение с ней может привести к поломке машины или к несчастным случаям с обслуживающим персоналом. Поэтому вопросам техники безопасности необходимо уделять большое внимание при проектировании и эксплуатации машины.
Развитие машин с автоматическим управлением рабочих процессов, загрузки и разгрузки, а также контроля способствует повышению безопасности при их обслуживании. Однако это не освобождает человека от постоянного соблюдения техники безопасности при работе с машинами. Для этого должны выполняться правила технической эксплуатации, соблюдаться трудовая дисциплина и повышаться квалификация обслуживающего персонала с расширением технических знаний. Хотя каждая машина имеет свои особые условия безопасной работы, однако существует ряд мероприятий, которые являются общими для всех машин.
Каждый новый рабочий прежде чем приступить к обслуживанию машины, должен получить подробный инструктаж по тех- нике безопасности.
Каждая машина должна использоваться строго по своему назначению. Нельзя перегружать машину сверх ее нормы или загружать ее несоответственными ей грузами. Например, если ленточный конвейер предназначен для транспортирования сыпучих грузов, то нельзя на нем транспортировать доски или металлические балки, так как это приведет к повреждению ленты или к аварии.
Для безопасной и надежной работы машины необходимо правильно организовать ее загрузку и разгрузку без высыпания, падения груза и завалов загрузочных устройств конвейеров, транспортирующих пылящие грузы. Они должны иметь герметичные кожухи с отсосом пыли. Наличие пыли и рассыпанного груза вредно для здоровья обслуживающего персонала, способствует ускоренному изнашиванию деталей машин и может послужить причиной пожара или взрыва при транспортировании горючих грузов (например, угля). Участки загрузки и разгрузки грузов, особенно горючих, должны иметь ограждения.
Нельзя включать неисправную машину. Если в машине обнаружены неисправности, надо немедленно их устранить и только после этого пускать ее в работу.
Любую неисправность нельзя исправлять на ходу машины. Нельзя ремонтировать машину при движении ее частей. Прежде всего надо остановить машину, выключить подачу тока к электродвигателю привода и уже потом делать ремонтные работы.
Все вращающиеся и движущиеся части привода машины в эксплуатации (зубчатые и ременные передачи, муфты, маховики, кривошипы и др., а также подвесные грузы натяжных устройств) должны быть закрыты съемными ограждениями. Ограждения устанавливают и в местах перегрузки грузов, а также при прохождении трассы конвейера над проходами, проездами и рабочими местами. Ограждения целесообразно делать из легкой металлической сетки, закрепленной на прочном каркасе. Такие ограждения получаются легкими и обеспечивают хороший обзор частей конвейера. В ограждениях должны предусматриваться безопасные люки для смазывания и контроля работы элементов машины. Пуск машины в работу без предохранительных ограждений (отсутствующих или временно снятых) категорически запрещается.
Грузовые натяжные устройства ленточных, подвесных, лю- лечных и других конвейеров, а также элеваторов должны иметь ограждения для грузов и отклоняющих звездочек или барабанов. Натяжная тележка должна иметь надежные упоры-амортизаторы и захваты, препятствующие падению тележки при обрыве как гибкого элемента (ленты или цепи), так и натяжного троса. Упоры снабжаются конечными выключателями, останавливающими конвейер при крайних аварийных положениях натяжной тележки.
Для обслуживания и ремонта машины должны быть предусмотрены соответствующие проходы и площадки. Как правило,
полезная ширина прохода должна быть не менее 0,8 ... 1 м. Над тяжелыми узлами машин (например, редукторами, приводными барабанами и др.) необходимо предусмотреть установку временных или постоянных грузоподъемных средств (например, монорельса с талью) для монтажа и демонтажа приводного устройства.
Металлическая станина машины должна иметь надежное защитное заземление (или электрическое зануление), т. е. должна быть соединена металлическими проводниками с землей. В противном случае при повреждении изоляции электропроводки или эле ктродвигател я станина машины может оказаться под напряжением, обусловливающим возможность появления несчастных случаев.
Электрооборудование машины и электропроводка к нему должны строго соответствовать условиям работы машины (например, взрывобезопасное исполнение для взрывоопасной среды).
Все транспортирующие машины, имеющие наклонные или вертикальные участки перемещения груза, должны иметь соответствующие ловители и остановы, препятствующие самопроизвольному движению элементов машины под действием веса груза при остановке машины под нагрузкой или при случайном повреждении привода. Исправность работы ловителей и остановов надо регулярно проверять не менее одного раза в смену.
Тяговые и несущие элементы конвейеров (цепи, канаты, ленты) должны быть ежедневно осмотрены для выявления возможных повреждений, случайных разъединений или ослабления креплений, чрезмерного износа и др. Если замеченные неисправности могут вызвать аварию или несчастный случай, то конвейер необходимо немедленно остановить и исправить неполадки.
Загрузочные отверстия в бункерах должны закрываться решеткой, за исправностью которой необходимо регулярно следить. Рукоятки ручного управления затворами должны иметь такое расположение, при котором падающий из бункера насыпной груз не мог бы задеть человека, открывающего затвор. Особое внимание должно быть уделено каждому креплению противовесов на рычагах челюстных и секторных затворов бункеров. Спуск рабочих в заполненные грузом бункера, как правило, запрещается и возможен только в исключительных случаях с соблюдением всех необходимых мер предосторожности (спуск на веревке, с предохранительным поясом и др.). Спуск в бункера, заполненные цементом, известью, пылевидным углем, мукой и тому подобным легкосыпучим пылевидным грузом, категорически запрещается, так как в этих грузах можно утонуть.
5・3・ БЕЗОПАСНОСТЬ ТРУДА ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ
Промышленные роботы (ПР), выполняющие транспортные операции и манипуляционные действия в пределах, например, 206
зоны роботизированных технологических комплексов (РТК), являются устройствами повышенной опасности как для обслуживающего персонала, так и для всех видов оборудования, входящего в РТК- Особую опасность представляют роботы, работающие в автоматическом режиме.
Безопасность персонала, обслуживающего ПР и РТК, обеспечивается путем реализации различных мероприятий, направленных на предупреждение аварийных и опасных для здо- ровья человека ситуаций.
Основные причины возникновения аварийных ситуаций при работе РТК следующие:
нахождение человека в рабочем пространстве ПР при его работе в автоматическом режиме;
превышение номинальной грузоподъемности ПР; неправильные движения ПР во время обучения и автоматической работы; отказ технологического оборудования РТК；
ошибочные действия оператора во время наладки и ремонта;
нерациональное размещение в пределах РТК тар, накопителей и транспортных средств;
размещение пультов управления внутри рабочего пространства ПР и отсутствие специального ограждения этого пространства;
отключение (при аварийной остановке ПР) устройств, перерыв в работе которых обусловливает возможность травмирования персонала;
отсутствие у оператора четкой информации о ситуации на РТК и причинах возникновения неполадок.
Безопасность при эксплуатации РТК обеспечивается их рациональной планировкой, безопасной и безаварийной работой технологического оборудования, входящего в состав РТК, специальными устройствами. Необходимо исключить возможность нахождения человека в рабочем пространстве работающих механизмов ПР.
Планировка РТК должна предусматривать свободный, удобный и безопасный доступ обсл ужи вающего персонала к ПР, основному и вспомогательному технологическому оборудованию, а также к органам управления и аварийного отключения всех видов оборудования и механизмов, входящих в состав РТК・
Планировка РТК /, представленная на рис. 146, а, исключает возможность появления оператора в пределах рабочей зоны ПР 2 при работе последнего в автоматическом режиме. Как правило, такие РТК имеют круговое ограждение, при раскрытии которого формируется командный сигнал на остановку ПР. Переналадка и корректировка работы РТК осуществляется с пульта оператора, расположенного вне рабочей зоны ПР. Ограждение не должно затруднять визуальный контроль оператора за работой РТК. Устранение поломок оборудования и необходимые профилактические работы производятся при выключении автоматического
Рнс. 146. Планировка РТК
режима функционирования ПР. В РТК (рис. 146, б) рабочие зоны оператора и ПР 2 совмещены, что требует принятая специальных мер безопасности. Если ПР работает по жесткой программе, то при появлении человека в рабочей зоне ПР должны автоматически блокироваться все движения робота. Если ПР имеет адаптивное управление, то автоматическая блокировка его движений происходит лишь в той зоне рабочего пространства, где находится оператор.
В РТК (рис. 146, б) рабочие зоны оператора и ПР разделены благодаря тому, что ПР загружает оборудование с тыла, а оператор перемещается вдоль фронта станков. При появлении человека
в рабочей зоне ПР все движения последнего автоматически блокируются. Внезапное отключение питания не должно приводить к повреждению ПР или травмированию обслуживающего персонала. Захватное устройство ПР при отключении питания должно надежно удерживать объект манипулирования. ПР должен иметь сигнально-предупредительную окраску и знаки безопасности. При выборе средств аварийной и предупредительной сигнализации следует отдавать предпочтение звуковым сигналам.
Пульт управления ПР должен размещаться вне рабочей зоны в месте, обеспечивающем хорошее наблюдение за работой ПР и оборудования, входящего в состав РТК・
Организация РТК должна предусматр и в ать максимальную механизацию и автоматизацию вспомогательных операций, связанных с воздействием на работающих опасных и вредных факторов. Ограждение, знаки безопасности и сигнальные цвета, наносимые на оборудование РТК, должны соответствовать ГОСТам (например, расстояние ограждения РТК от границ рабочей зоны ПР должно быть не менее 0,8 м).
Если ПР с объектом манипулирования перемещается над рабочими местами, проходами и проездами, то под трассой ПР необходимо предусмотреть защитные сетки, экраны или другие устройства. Если РТК оснащен несколькими пультами управления, необходимо предусмотреть соответствующие блокировки, исключающие возможность параллельного управления от различных пультов.
Автоматические линии и автоматизированные участки с применением ПР должны оснащаться кнопками аварийных блокировок работы ПР и других видов оборудования, расположенными в пределах рабочей зоны оператора на расстоянии не более 4 м одно от другого.
К работе по наладке и эксплуатации РТК допускаются только лица, прошедшие специальную подготовку. Контроль за мероприятиями и средствами обеспечения безопасности и соблюдением персоналом требований безопасности труда должен осуществляться службой безопасности труда предприятия.
ПРИЛОЖЕНИЯ
РАСЧЕТ МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА
Требуется рассчитать механизм подъема тележкн электрического мостового ; крана для подъема груза весом 尸尸=70 кН, высота подъема Н = 18 м; скорость подъема иг = 0,22 м/мнн, режим работы ——тяжелый.，:
Расчет ведут в такой последовательности.
Уточнение схемы механизма подъема и определение наибольшего натяжения 声 гибкого элемента. Схема расположения механизма подъема на тележке электри-； ческого мостового крана показана на рнс. 43, а; полиспаст сдвоенный с двумя ■ подвижными блоками в подвеске н четырьмя ветвями каната (см. рнс. 39, б).; Максимальное натяжение в одной нз ветвн каната, набегающей на барабан» j определяем по формуле (10), в которую подставляем нз формулы (13) вес крю- j ковой подвески Fn = (3。1 …0,03) 70 = 1,2 кН и КПД полиспаста с подшнп- | ннкамн качения “目=0,98:
Fmax = (70 + 1,2)/(2・2・0,98) = 18,1 кН.；
Выбор типа гибкого элемента. В качестве гибкого элемента можно нсполь-； эовать стальной канат. Механизм подъема с машинным приводом н тяжелым ； режимом работы выполняют с запасом прочности гибкого элемента 力匕=6 (см. + табл. 2).:
По ГОСТ 2688—80* выбираем стальной канат двойной свнвкн типа ЛК-Р j (см. рис. 33). Разрывное усилие каната определяем по формуле (8):j
& = ^шах^к — 58,1*6 = 98,5 кН.
По полученному разрывному усилию н табл. 3 подбираем канат диаметром ； /= 14 мм. Маркировочная группа этого каната ав = 1764 МПа, а допускае- } мое разрывное усилие 尸巨=108,0 кН.，
Выбор типа подвески. Грузозахватное устройство ——крюк. Выбираем короткую подвеску (см. рнс. 47, б), которая позволяет уменьшить размеры механизма £ подъема; прн сдвоенном полиспасте груз перемещается строго в вертикальном направленны. Крюк крепится в отверстии траверсы подвески. На цапфах траверсы установлены два подвижных блока.
Определение размера блоков. Диаметр подвижных блоков равен диаметру | барабана, по формуле (9) определяем Dg = 30 -14 = 420 мм. По ГОСТ 22644—77* (СТ СЭВ 1333—78) принимаем D。= 400 мм.
Прн наматывании каната на барабан подвижные блоки н барабан вращаются с частотой, которую определяют по формуле (49):
"6 = 22・2/(3,14・0,4) = 35 об/мйн.
Каждый подвижный блок (гбл = 2) устанавливают на двух радиальных шарикоподшипниках (гподш = 2). Эквивалентная динамическая нагрузка для одного радиального подшипника
尸а = F/g = [Fr/(Z6nznoAm)]財=[70/(2-2)] 1,5 = 26,25 кН,
где 財一коэффициент запаса тормозного момента.
Долговечность подшипника L = бОл^Ьь/Ю® = 60-35-6000/10®= 12,6 млн. оборотов.
Динамическая грузоподъемность подшипника
С = &уТ = 26,25• у^б = 26,25-2,32 = 60,9 кН.
По ГОСТ 8338——75* (СТ СЭВ 3795—82) выбираем радиальные однорядные шарнкоподшнпннкн № 312 (внутренний диаметр d = 60 мм, наружный диаметр ^н = 130 мм, ширина одного подшипника 匕口 = 31 мм), у которого С = 64,1 кН.
Размеры блоков следующие (см. рнс. 35): радиус канавкн под канат г = =(0,6 ... 0,7)) JK = 8,5 мм, высота канавкн hK = (1,5 ... 2) JK = 25 мм, тн・ рнна канавкн 6К = (1,6 ... 3) dK = 30 мм, ширина ступнцы блока /п = 2% + + 3 = 65 мм.
Выбор грузового крюка. Выбираем удлиненный однорогий крюк типа Б грузоподъемностью 8 т для тяжелого режима работы (см. приложения 6 н 7).
Основные размеры крюка, необходимые для расчета на прочность деталей подвески, следующие (см. рнс. 45 н 46): а = 110 мм, Ь* = 65 мм, % = 26 мм, /г = 100 мм, резьба на стержне крюка М56 (d = 56 мм,心=48,8 мм, шаг резьбы 5,5 мм), d0 = 60 мм.
По статической нагрузке (с коэффициентом запаса 1,3 ... 1,5)
F(st = L4Fp = 1,4 • 70 = 98 кН
Для крюка выбираем упорный шарикоподшипник № 8312. Внутренний диаметр подшипника соответствует диаметру стержня крюка &)= 60 мм. По наружному диаметру упорного подшипника (0口 = 110 мм) определяем ширину траверсы подвески
bT = Dn+ (10 ... 25) = 120 мм.
Проверка крюка на прочность. Наибольшие напряжения в сеченнн а〔 一 а? ОТ растяжения н нзгнба находим по формуле (23) для бруса большой кривизны：
70-40-100
°а1 = 4550-0,09-55 ~ = 124 МПа <【％】=150 МПа*
Здесь площадь сечення крюка
A = h(b1+ 为)/2 = 100 (65 + 26)/2 = 4550 мм>.
Расстояние до центра тяжести сечения
А 2坛 + 瓦 100 2-26.65 ЛЛ瓦 + 坛=—65 + 26 = 40 мм；
% =力一ex = 100 — 40 = 60 мм; г = а/2 + 玄=55 + 40 = 95 мм;
коэффициент кривизны
» 7 + (d^ (^ + 令('+ 闷m 吿 ii,)} = 十 極;嗡.ioo (口6+ ^^L(95 + 60)] X
X 1"-秋 140(65 — 26) } = 0,09.
Расчет деталей подвески на прочность. Рассчитаем на прочность траверсу. Она работает на изгиб. Наибольшие напряжения изгиба траверсы в сеченни, ослабленном отверстием, подсчитывают по формуле (26). Прн допускаемый напряжениях изгиба ои = 70 МПа и изгибающем моменте по формуле (27) определяем
Мн= [70-200/4 — 7-110/(2-4)1== 254 кН-мм;
находим необходимый момент сопротивления опасного сечення траверсы吃=Ми/[аи] = 254 000/70 = 3630 мм3.
Момент сопротивления прямоугольного сечення траверсы
%, и (瓦—％)用2/6.
Подставив в эту формулу d? = d()十 5 = 65 мм, d8 — А = 110 мм, / = ^= Ln = feT + /ц + 15 мм — 120 + 65 + 15 = 200 мм, найдем высоту сечения (28)
а = 1/6.3630/(120—65) = 62,5 мм.
S 巻•/ @ 蜀=警/(0,1.603)S 巻•/ @ 蜀=警/(0,1.603)Напряжение изгиба в цапфе траверсы (см. рнс. 48)
S 巻•/ @ 蜀=警/(0,1.603)
S 巻•/ @ 蜀=警/(0,1.603)
=52 МПа V [Он] = 70 МПа.
Определение размеров барабана. Диаметр барабана, как н диаметр подвижных блоков, принимаем равным %= 400 мм. Канат навивается на барабан в один слой. Для уменьшения изнашивания каната на барабане делают винтовые канавки (см. рис. 39): шаг нарезки s = JK + (4 ... 9) = 19 мм, радиус канавкн г0 = (0,60,7)厶=9 мм, глубина канавкн с = (0,6 ... 0,9)盡=9,5 мм.
Определение канатоемкостн и полной длины барабана. При сдвоенном полиспасте барабан имеет два рабочих участка. На каждый рабочий участок наматывается канат длиной /к = Н^ц = 18*2 = 36 м. Длина рабочего участка нарезной части барабана (одной половины)
/л = &/(冗入)+ (1,5.. .2)] s = [36/(3,14-0,4) + 2]-19 = 570 мм.
Полная длина сдвоенного барабана складывается нз двух рабочих участков с винтовой нарезкой 2/р = 2,570 = 1140 мм, двух участков для крепления каната на барабане планками /3 = Зр = 50 мм н среднего участка /0 ~ =Ln — 2/imln tg а = 200 — 2-600-0,11 = 64 мм, где расстояние между ветвями каната на подвеске Ln = 200 мм. При максимальном допустимом угле а — 6° отклонения каната от осн канавки барабана имеем tg а = tg 6° = 0,11, минимальное расстояние между осями подвижных блоков подвески н осью барабана Mnm — 1,5Рб = 600 мм.
Общую длину барабана определяем по формуле (16):
Ls = 2% + 2% + 216 + 厶=1140 + 100 + 40 + 64 = 1344 мм.
Барабан получится не громоздким, так как L6 V (3 …5) D»
Определение толщины стенки барабана и проверка его на прочность. Толщину стенкн выбирают из технологических соображений. У литых чугунных барабанов толщина стенкн
6 — 0,022)б + (6 ... 10) = 0,02-400 + 8 — 16 мм.
Стенки барабана находятся в сложном напряженном состоянии; онн работают на изгиб, кручение н сжатие. Основным является расчет на сжатие, по формуле (17) находим -
оож = 18 100/(16-19) = 62,8 МПа,
что меньше допускаемых напряжений для чугуна СЧ 15 ([оош] = 80 МПа). Таким образом, прочность барабана достаточна.
Выбор схемы креплении каната. Принимаем винтовое крепление каната к сдвоенному барабану с планками (см. рнс. 41, б). По нормам Госгортехнадзора число винтов должно быть не менее двух.
Планкн имеют трапецеидальной формы зажимные канавкн с углом наклона у = 40° (см. рнс. 41, б). Натяжение каната в местах крепления его планками уменьшается в результате трення двух запасных витков каната о барабан. Прн коэффициенте трення стали о сталь нлн чугун / = 0,16 н угле обхвата двух запасных витков каната а = 4л по формуле (18) находим
FKp = 18 100/2,71°*16*4'3>14 = 2290 Н.
& П方；詳％22=6。30日f0,16& П方；詳％22=6。30日f0,16=0,22.=0,22.Планки удержат канат [формула (20)], если сила ватяжки винтов
& П方；詳％22=6。30日
f0,16
& П方；詳％22=6。30日
f0,16
=0,22.
=0,22.
sin у + f cos ^ 一 sin 40е+ 0,16 cos 40Q
Стержень вннта работает на растяжение, кручение и нзгнб. Диаметр вннта d= 1,2JK = 1214= 16 мм.
Принимаем два винта (z = 2) с резьбой М16; стержень вннта по внутреннему диаметру резьбы di = 13,4 мм. Наибольшие напряжения в стержне вннта с учетом кручения [формула (21)]
/ 2-3,14.13,4а, 2290-13,5/2〃 打广 г 「
о = 1,3-6030/4F 2・0/・13,曲=40 ММ V [ар].
Допускаемые напряжения для стали СтЗ [ар] = 80 МПа н прочность вннта обеспечена.
Определение мощности двигателя при установившемси движении механизма подъема с учетом Крюковой подвески. При КПД полиспаста, барабана н редуктора % = 0,85 по формуле (43) получаем
^c = (Гг + %) 5/(60%) = (70 + 1,2) 22/(60・0,85) = 30,5 кВт.
Выбор двигателя. Для кранового механизма подъема нз каталога по расчетной мощности выбираем асинхронный электродвигатель переменного тока с повышенным скольжением 4АС180 (см. приложение 8).
Прн тяжелом режиме работы двигателя ^н = 31,6 кВт; "= 1500 об/мнн и диаметр вала двигателя 厶=65 мм.
Определение передаточного отношения приводного механизма, выбор схемы привода или редуктора. Передаточное отношение [формула (50)]
и = 1500/35 = 42,8.
Крутящий момент яа валу барабана, с которым соединяется выходной вал редуктора:
Мб =(尸р + %)。6/(2片)=(70 000 + 1200) 0,4/(2・ 2) = 7120 Н・м.
По крутящему моменту и передаточному отношению с точностью ±5 % подбираем (см. приложения 9 ... 11) двухступенчатый редуктор Ц2У-315 Н, передаточное отношение которого и0 = 40. Выходной вал редуктора соединен непосредственно с барабаном (см. схему на рнс. 43, а). По диаметру вала двигателя / = 65 мм подбираем упругую втулочно-пальцевую муфту МУВП с тормозным шкивом диаметром 儿—200 мм.
Выбор места расположения и типа т(4)моза. Для обеспечения минимальных размеров тормоз надо установить на валу с наименьшим крутящим моментом, т. е. на валу электродвигателя. Выбирая двухколодочный тормоз, мы обеспечиваем разгрузку вала тормозного шкнва от радиальных нагрузок.
Определение тормозного момента. Наибольший момент тормоз должен развивать при опускании груза. По формулам (30) н (31) получаем
Мт = 2-70 000-0,4-0,85/(2-2-40) = 297 Н-м.
Выбор тормоза и расчет его основных деталей. По тормозному моменту и диаметру тормозного шкнва выбираем (см. приложения 12 ... 14) двухколодочный тормоз с гндротолкателем ТКТГ-200 (см. схему на рнс. 52). Максимальный тормозной момент тормоза Мт = 300 Н*м. Ширина колодок Вк = 90 мм, угол обхвата тормозного шкива 0 = 70°. Усилие прижатия колодок к тормозному шкиву
% =譽广=方前而=4242 H.0,2*0,00
Давление между колодкой и тормозным шкивом [см. формулу (36)]
с ADgl 3,14.200.90.70° —паамЕ
Рем— 4242 / Вб。。0,38 МПа,
что не превышает допустимых значений для тормозных обкладок нз ферродо (см. табл. 5), и долговечность работы тормоза обеспечена.
РАСЧЕТ ЛЕНТОЧНОГО КОНВЕЙЕРА
Требуется рассчитать ленточный конвейер производительностью Q=540 т/ч, транспортируемый материал ——щебень, длина конвейера по горизонтали 厶「= = 34 м, угол наклона конвейера к горизонтали § = 14°.
Расчет ленточного конвейера проводят в такой последовательности.
Уточнение схемы. Схема ленточного конвейера приведена на рис. 98. Верхняя рабочая ветвь ленточного конвейера загружается в месте расположения натяжного барабана, а разгружается — у приводного барабана. Плотность щебня р= 1,8 т/м3, угол естественного откоса в покое ф — 45°. При угле подъема конвейера р = 14° коэффициент, учитывающий возможное рассыпание груза с ленты, ftp = 0,95. Лента конвейера прорезиненная. Принимаем скорость ленты для транспортирования щебня и = 1,5 м/с. На рабочей ветвн конвейера лента удерживается желобчатыми роликоопорамн, состоящими нз трех роликов. На холостой ветвн лента плоская, поддерживается роликоопорами, состоящими из одного ролика. Высота подъема конвейера Я = Lr tg р — 34* tg 14° = 8,5 м.
Определение ширины леиты. Ширину ленты желобчатой формы определяем по формуле (84):
% = У540/{160-1,5-1,8 [3,6-0,95 tg (0,35-45)"+ 1]} = 0,78 м.
Выбираем резинотканевую ленту нз бельтинга В-820 шириной В = 800 мм. Запас прочности 々р. п = 9,5 прн пределе прочности текстильной ленты ор, п = =6,1 МПа. Ленты такой ширины выпускают с числом прокладок z — 3 ... 6. Для обоснованного выбора числа прокладок в ленте определим предварительно мощность привода, а по ней ——тяговое усилие и максимальное натяжение ленты.
Предварительную мощность привода определяем по формуле (85)
^п = (0,00015-540-34 + 0,024-34-1,5 +
+ 0,0027-540.8,5)-1 = 16,37 кВт.
Предварительное тяговое усилие определяем по формуле (86):
尸 и= 16,37/1,5= 11 кН.
Для лучшего сцепления леиты с поверхностью приводного барабана его футеруют деревом. Коэффициент трення резины по дереву f = 0,35. При угле обхвата барабана лентой а = л = 3,14 получаем е'06 = 2,710,35*3*14 = 3.
По формуле (87) определяем предварительное максимальное натяжение ленты 尸max = FuJa/@a — 1) = 11 ・3/(3 — 1) = 16,5 кН.
Число прокладок в ленте определяем по формуле (79):
z = 16 500-9,5/(800-61) = 3,26.
Принимаем z = 4. Толщина резиновых обкладок на рабочей стороне ленты 6】= —4,5 мм, на нерабочей стороне 6? = 1,5 мм.
Линейную плотность ленты определяем по формуле (80):
Р“= 1,1-0,8(1,25-4 + 4,5+ 1,5) = 12 кг/м.
Среднюю линейную плотность транспортируемого груза определяем по формуле (94):
Pd = 540/(3,6-1,5) = 100 кг/м.
Прн ширине ленты В= 800 мм наружный диаметр ролика %= 159 мм (см. табл. 12). Для плоских роликов с хорошо защищенными от пылн шарикоподшипниками коэффициент сопротивления качения йшп = 0,022, для желобчатых роликоопор /ж = 0,025. Шаг роликов на рабочей ветви конвейера определяем по формуле (91):
/р= 1550 -0,62-800= 1000 мм.
Масса роликов рабочей ветви
тж = 10-Вж + 7 == 10-0,8 + 7 — 15 кг.
Условную линейную плотность желобчатых роликов определяем по формуле (96):
Рр. ж = ^ж Др = 15/1 = 15 кг/м.
Шаг роликов на холостой ветви [см. формулу (92)]
/х = 2/р = 2-1000 = 2000 мм.
Масса роликов на холостой ветви
тп = 10Вп + 3 = 10*0,8 十3=11 кг.
Линейная плотность плоских роликов холостой ветвн [см. формулу (97)] рр, п = 11/2 = 5,5 кг/м.
Определение размеров барабана. Диаметр приводного барабана D« = =z (120 ... 150) = 4-150 = 600 мм. По ГОСТ 22644—77* (СТ СЭВ 1333 —78) принимают Dq = 630 мм. Длина барабана & = В + 100 = 800 + 100 = =900 мм. Чтобы лента не спадала с барабана, он имеет стрелу выпуклости /в — 0,005^! — 0,005-900 = 4,5 мм. Диаметр натяжного барабана Ds = =(2/3) Dq = 400 мм.
Определение иатяжеиия леи ты коивебера методом обхода контура по точкам. Разбиваем контур ленточного конвейера на четыре участка. Натяжение ленты в точке 1 (см. рнс. 98) неизвестно. Находим иатяженне ленты в остальных точках через неизвестное натяжение в точке / по формулам (102):
尸2 = & + 尸 1...2 — [^i + (Рл + Рр. п) gL曲9匸—PngH] I。。。= & — 0,88 кН；
尸В =尸2 + 尸2…3 =尸2 + 財Н尸2 = (1 + 財Н)尸2 = (1 + 0,05) (Fl — 0,88)==1,05尸 1 — 3926 кН；
尸4 = & + 尸8…4 =[尸8 + (Рр + Ри + Рр. Ж)^Г^ШЖ +
+ (Рр + Рп) ^Я]/1000 = 1,05% + 9,45 кН.
Решая совместно последнее уравнение н 尸《=尸工』“,находим натнжение ленты в точке /:
1,05尸 1 + 9,45 =尸i・3;尸1 = 9,45/1,95 = 4,86 кН.
Отсюда:
尸2 =尸工一0,88 = 3,98 кН; & = 1,05 Fj — 4/6 кН;
尸4 = 1,05&+ 9,45 = 14,56 кН.
Проверка провисания леиты между роликоопорами. Наибольший прогиб ленты на рабочей стороне ленточного конвейера будет в точке 3:
"шах = (Рр + Рл)必幫(8尸з) = (100 + 12) 9,81.1/(8-4160) = 0,03 м.
Допустимый прогиб [/шах] & (0,025 ... 0,03) /р = 0,025 ... 0,03 м, т. е. натяжение леиты достаточно.
Уточненное тяговое усилие на приводном барабане
尸т. У =尸& 一 尸工 + 尸《…工=(14,56 — 4,86) + 0,03 (14,56 + 4,86) = 10,3 кН.
Мощность приводной станции уточняем по формуле (110):
^У = 10,3-1,5/0,85= 18,2 кВт.
Перемещаемый груз пылевидный. Поэтому в качестве двигателя выбираем электродвигатель 4АР160М переменного тока закрытого исполнения с повышенным пусковым моментом (см. приложение 8): ^нoм = 18,5 кВт, частота вращения п = 1500 об/мин.
Частота вращения приводного барабана
Пб — 60у/(л£>6)= 60-1,5/(3,14-0,63) ~ 45,4 об/мин.
Передаточное отношение передачи определяем по формуле (50):
и = 1500/45,4 = 33 2
Схема приводной станции приведена на рис. 93. По крутящему моменту на валу барабана
Mq 二 ％.屮6/2 = 10 300-0,63/2 = 3244 Н-м
и передаточному отношению подбираем редуктор Ц2У-250 (см. приложения 9 ... 11) с передаточным отношением ыр = 31,5. Валы редуктора соединяют муфтами.
Схема натяжной станции показана на рис. 94, в. Натяжное усилие
/= 1」(％+&+%)= 1,1(3,97 + 4,14+0.15)-9,1 кН.
Выбор останова. При длине ленточного конвейера менее 50 м применяют простые ленточные остановы в виде отрезка ленты, закрепленной у приводного барабана (см. рис. 98). В этом случае при обратном движении конвейера отрезок ленты заклинивается между лентой и барабаном, предотвращая движение груза в обратном направлении.
РАСЧЕТ КОВШОВОГО ЭЛЕВАТОРА
Требуется рассчитать вертикальный ковшовый элеватор, предназначенный для транспортирования выбитой (отработанной) формовочной земли литейного цеха завода. Расчетная производительность элеватора Q = 30 т/ч, высота подъема Н = 22 м, плотность сыпучего груза р = 1,5 т/м3.
Элеватор рассчитывают в такой последовательности.
Уточнение схемы и задания. Принимают схему конвейера (см. рис. 106). Загрузка производится внизу — в месте нахождения натяжного барабана, разгрузка вверху — в месте нахождения барабана. Для сухой формовочной земли принимают: элеватор с расставленными глубокими ковшами и скоростью движения V = 1,6 м/с, прорезиненную ленту с четырьмя прокладками (z = 4). Диаметр приводного барабана/) = 125*4 ~ 500 мм. Частота вращения барабана
«б = 60 叫 л%) = 60-1,6/(3,14-0,5) = 61 об/мин.
Полюсное расстояние /п = 895/力—895/612 = 0,24 м.
Поскольку /п < Гб, то обеспечивается центробежная разгрузка ковшей-
Коэффнциент заполнения ковшей 笈口 = 0,8. По табл. 13 для К/р = 5 подходит глубокий ковш шириной Вк = 250 мм и объемом У — 2,05 л. Тогда ширину ленты принимают Вл = 300 мм и шаг ковшей р = 0,4 м.
Линейная плотность прорезиненной ленты типа 2 из бельтинга Б-820 с четырьмя прокладками
Рл = 1」ВЛ (殳+ 61+ 6J = 1,1・0,3 (1,54-44- 3+ 1) = 3,3 кг/м.
По данным Сок)зпроммеханизации, масса глубокого ковша (В* = 250 мм) тк = =3 кг. Тогда линейная плотность холостой ветвн (ленты с ковшами)
m3
Ро = Ри Ч—~ = 3,3 + -у不=10,8 кг/м.
Линейная плотность груза
Pd = Q/(3,6u) = 30/(3,6*1,6) = 5,2 кг/м.
Тяговый расчет. В соответствии с заданием разбиваем контур тягового органа элеватора на четыре расчетные точки. Наименьшее натяжение F】ленты следует ожидать в точке / холостой ветви при набегании ее на натяжной барабан; следующая точка 2 назначается при сбегании ленты с натяжного барабана; третья точка 3 назначается при набегании груженой ленты на приводной барабан и четвертая точка 4 находится на месте сбегания ленты с приводного барабана. Натяжение точки Fj принимаем как неизвестное и найдем его в процессе расчета.
Натяжение в точке 2 складывается из натяжения в точке 1 сопротивления на натяжном барабане (々6. н = 0,08) и сопротивления при зачерпывании груза ковшами.
Для тяжелых условий принимают fe3 = 2 и расчет ведут так:
& = % + &…з = [% + &財.н + 岛РМ]/1000 = 1 Q8& + 0,102 кН ・
/ = % 十尸占.з = 口,08戶工 + 0,102 + рг.诏Я]"。。。= 1,08& 十 3,55 кН.
От точки / к точке 4 ведут расчет против движения леиты：
& = (& + Pog^)/lOOO = & + 2,33 кН.
Из теории фрикционных передач с гибким элементом имеется уравнение Эйлера & =尸&/“：
尸 з W 尸辞"=(& + 2,33) 1,37 = L37& + 3,19,
где е'06 = 1,37 (для чугунного барабана при очень влажной атмосфере элеватор установлен на открытой площадке / = 0,1, а = л = 3,14 и е = 2,71).
Из двух уравнений находим %
1,37网 + 3,19 = 1,08^+3,55 网=1,24 кН;
尸* = 1,44 кН;尸з = 4,89 кН;尸& = 3,57 кН.
По максимальному натяжению ?щах =尸з уточняем число прокладок в лейте [см. формулу (79)]:
г =尸тах^р. и/(В0р・ п) = 4,89・ 103.10/(3000-61) = 2,67.
Учитывая ослабление ленты отверстиями под крепежные болты ковшей, оставляют принятую ленту с четырьмя (z = 4) прокладками. Тяговое усилие иа приводном барабане с учетом потерь
%=(尸3 一尸4)+ 尸3…4 =(尸3 + 尸4)配.n = (4,89 — 3,57) +
+ (4,89 + 3,57) 0,05 = 1,76 кН.
Мощность двигателя привода (при КПД зубчатого редуктора т| = 0,8)
N = Fplq = 1,76-1,6/0,8 = 3>52 кВт.
Принимают асинхронный электродвигатель 4А112МБ с иоминальноб мощностью ^нoм = 4 кВт и частотой вращения лп = 1000 об/мии (ш = плп/30 = =102 рад).
Выбор останова. Для предотвращения движения груженого элеватора в обратную сторону при остановке двигателя проще и надежнее для останова использовать двухколодочный тормоз, устанавливаемый на валу двигателя.
Крутящий момент на валу двигателя
М = W© = 3,52-103/102 = 34,5 Н・м.
Тормозной момент при тяжелом режиме работы
Мм = ММ = 2-34,5 = 69 Н*м,
2172178 ДОДОНОВ
217
217
По каталогу подбирают двух колодочный тормоз ТКТ-200 переменного тока с пружинным замыканием и размыканием от электромагнита конструкции ВНИПТМАШа с тормозным моментом 160 Н・м.
Разработка приводной станции. По частоте вращения приводного барабана
"6 = 60и/(л£>б) — 60* 1,6/(3,14*0,5) = 61,1 об/мин
и частоте л вращения вала электродвигателя определяют передаточное отношение приводного устройства
и = л/л0 = 1000/61,1 = 16,3,
Выбирают схему привода с закрытой передачей (см. рис. 93, а), которая не загрязняется прн эксплуатации.
По крутящему моменту на валу барабана
Мб = F^Dg/2 = 1,76- Ю8*0,5/2 = 440,7 Н • м
и передаточному отношению подбирают двухступенчатый зубчатый цилиндрический редуктор Ц2У-125 с передаточным отношением ир ~ 16 и номинальным крутящим моментом на выходном валу 500 Н*м.
Разработка натяжного устройства. Схему винтового натяжного устройства принимают по рис. 94, а с натяжным усилием
%=& + %+%= 1,24 + 1,44 + 0,15=2,8 кН.
Ход барабана в ползунах натяжного устройства
，=(0,01 ... 0,03) Я = (0,01 ... 0,03)-22= 0,22...0,66 м.
РАСЧЕТ МЕХАНИЗМА ПЕРЕДВИЖЕНИЯ ТЕЛЕЖКИ МОСТОВОГОКРАНА
Требуется рассчитать механизм передвижения тележкн электрического мостового крана грузоподъемной силой Гг = 70 кН, скорость передвижения ?т — 35 м/мин, режим работы — тяжелый.
Расчет ведут в такой последовательности.
Уточнение схемы механизма передвижения. Механизм передвижения тележки электрического мостового крана выполняют с вертикальным редуктором в приводе (см.рис. 43, а). Тележка опирается на четыре цилиндрических колеса, движущихся по плоскому горизонтальному рельсу (линейный контакт).
Собственный вес тележкн
% = 0,4尸г = 0,4'70 = 28 кН.
Нагрузка на одно колесо тележки
尸г = (& + %)/4 = (70 十 28)/4 = 24,5 кН.
Радиус колеса по допустимым контактным напряжениям [он] = 600 МПа для стальных колес твердостью НВ = 170 и модулей упругости стали Е = =2,Ы0Б МПа
D 0,418石岳 0,41824,5・103.i」.2,1・10§・106
~^Г = "бооЛо^1/=119 мм：
здесь 屮н = Вр//?н = 0,2 — коэффициент шир няы колеса;左口 ——скоростной коэффициент, 左и = 1 + 0,02?т = 1,1; Вр — ширина контакта прн диаметре стандартного колеса DK = 250 мм, Qp = 2^к^к = 125-0,2 = 25 мм. Расчетный диаметр колеса DB = 238 мм.
Коэффициент сопротивления качению колеса по рельсу
后=0,915 "而痴—0,915 "й^Иё^^ТПёП^ 匸 1,4, 107 м.
Диаметр вала колеса
d ~ DJ6 — 250/6 & 40 мм.
Сопротивление передвижению тележкн, колеса которой установлены на поди/ипннках качения (/ ~ 0,02):
尸 е I「J td+2k、/ 0,02 0,04 + 2-1,4*Ю-«)、
尸к —(尸卩 + 尸т) (5^/ ^реб 亠(70 + 28) (—^^g丿 X
X 1,5 = 490 H,
где йреб — 1,5—коэффициент, учитывающий трение реборд колеса о рельс. Мощность привода механизма передвижения при установившемся движении
^ = jFKrTZz(60r)) н 490'35/(60-0,8) = 358 Вт,
где " = 0,8 — КПД зубчатого цилиндрического редуктора.
Выбирают электродвигатель 4А80В с номинальной мощностью ^нoм — = 0,55 кВт и частотой вращения "« ~ 750 об/мии.
Частота вращения колеса тележки
пк = ут/(лРк) = 35/(3,14*0,25) ~ 44,5 об/мин.
Передаточное отношение привода механизма передвижения тележки
и = пд/пк н 750/44,5 = 16,8»
Для тяжелого режима работы выбирают зубчатый цилиндрический редуктор вертикального исполнения, удобный для компоновки привода механизма передвижения крановой тележки, типа ВКН с передаточным отношением ир — =16 и допустимой мощностью на выходном валу ^ — 1,2 кВт (см. приложение 11). Вал электродвигателя соединяется с входным валом редуктора втулочнопальцевой муфтой, объединенной со шкивом тормоза, так как при скорости ут более 30 м/мин необходим тормоз для механизма передвижения. Номинальный статический момент электродвигателя
Л1 ном ~ "ном/① ~ ^номЗО/(лЛд) = 550。30/(3,14* 750) = 7 Н • м^
Тормозной момент
乂丁 =々тМцом = 2-7 = 14 Н*м.
По каталогу выбирают двухколодоч^ь^ тормоз ТКТ-100 с пружинным замыканием и размыканием от электромагнита переменного тока с тормозным моментом 20 Н*м (см. приложение 12).
Для обеспечения возможности трогания с места тележки без буксования ходовых колес должно быть соблюдено условие
尸<щ》^сц^7тяг»
где ^сц = 1,1 — коэффициент запаса.
Здесь
f也=AFг=[(耳 + 尸T)га/г0]}=[(70 + 28>2/4]，0,17 = 49^0,17 = 8,3 кн； Ftjw = 2Mhomupti/Dk = 2«7-16-0,8/0,25 = 720 H = 0,72 кН.
Нормальная работа четырехколесной тележки (入=4) без буксования обеспечивается при числе приводных (ведущих) колес 2口 = 2, так как 々сцЕтяг = =1,1-0,72 = 0,79 кН.
РАСЧЕТ МЕХАНИЗМА ПОВОРОТА КРАНА
Требуется рассчитать сопротивление поворота консольного крана и не- обходимую мощность привода по схеме, приведенной на рис. 64, а. Грузоподъемная сила консольного крана F「= 30 кН, вылет стрелы крана £ = 4 м, расстояние мс-жду опорами крана по высоте Л — 3 м, кран работает в помещении, скорость поворота крана небольшая (частота вращения стрелы nQ ~ 2 об/мин).
Принимают вес самого консольного крана Гкр = 0(7fr = 0,7-30-103 = ~ 21 • 103 Н и расстояние от оси вращения до центра тяжести /^ = 0,3L = 0,3*4 = 1,2 м.
Суммарная вертикальная нагрузка на упорный подшипник (пяту)
尸в = % + 尸КР = 30-103 + 21 • 103 = 51.103 н.
Горизонтальная нагрузка на радиальные подшипники цапфы опор
Frop = (F「L + F^/h = (30-103-4 + 21-103.1,2)/3 工 48,3-103 H.
Статический момент сопротивления повороту крана при установившемся движении
мС н 4ор/ (等" +等^)+尸B/等
Принимая коэффициент трения для подшипников качения f = 0,02 и диаметры цапф и пяты ^i = ^2 ~ ^»^^ м, получаем
мe = 48,3.103.0,02 (1野 + -—-) + 51.103.0,02 -^- = 73,8 h。m.
Мощность привода механизма поворота консольного крана
^ = Мс①/П = МсМо/(пЗО) = 73,8・3,14・2/(0,8・30) = 193 Вт.
По каталогу выбирают асинхронный электродвигатель 4А71В переменного тока с номинальной мощностью "ном = 0,25 кВт при частоте вращения п3 = —750 об/мин.
6・ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТЬ (т) МЕХАНИЗМОВ
С РАЗЛИЧНЫМИ ОДНОРОГИМИ крюками
工工
W 0 口
Механизм с машинным при В ОДОМ для режимов работы
Е h上
Wзu
Механизм с машинным приводом для режимов работы
Механизм о машинным приводом для режимов работы
л, с
Т, ВТ
л, с
Т, ВТ
л, с
Т, ВТ
1
0,4
0,32
0,25
9
2,5
銷
1,6
17
16
12,5
10
2
0,5
0,4
0,32
10
3,2
2「
8
20
26
12,5
3
0,63
0,5
0,4
11
2,5
19
—*
20
16
4
0,8
0,63
0,5
12
3,2
20
—*
25
20
5
1
0,8
0,63
13
6,5
4
21
—
32
25
6
1,25
1,0
0,8
14
6,3
5
22
—
40
30
7
1,6
1,25
15
10
6,3
23
—*
50
40
8
2
1,6
1,25
16
12,5
10
8
9
廿Z 6
аz z g0Г。0s 心。
OOOOOiiZCO 寸 900一9 im L「「「
I I z E8 “
9 a 9
— асе 寸 geo。心寸。寸 az9gg
о о о о огот
…a a 寸 g оz
ЮЮ ОО О О О ОО Ю 。
ZZCOCO 寸寸 91_0 9100 6o164寸1g1001寸^04
111 — 1g g Z m
百
I a 寸 9 g。о 9 zс о о i с u g и c丿
COЮ GO 9 ZI 6 S 8二
i I I 一 I iC l Z О
О О 9О G g。z 寸 8 …8 О 心 О Ю О О
Iiiiiiazzcocococo«v999”co S О
О О Ю О О Ю ОН j О О 1 G О t Q О С Q О「
c4zazc4cococof^iQL0gz[、GO6 6O— ・”」ьд
0
о ю юо о ою юо о о ос о о г
СО m9 9h GO СО 6。G叶 1 О…。2 i 廿
……с 1 m г j
9
9 990090g 心 0000009 0 。 а со 寸 9 zIаj gi g 寸。“ о
09010000999900000g0。0900
9 9Z8FOiZ«gZ6i69GOGgi7Zcr6 9
I I I I 一N aG
р
ООО
С О О 匕 I G
Z Z 寸 9 9 О О 小卜у О g 9 m 力 C 9 廿 ；* 殳 T I I
WWWWWWWWWWeWWWeveLLLJJpT
z e g。o g o。。oо。g g о о。о
————I a z a со со со 寸寸 9 ] с《он jо5
8 I 寸 900 a 9 О Ю NG G ОС О О 寸叶 。
izzazcom 寸寸 lOlo9zco6。一 gicgoocF
ZggcOOZW90寸 cooco 寸OLOGOOZGOO iiiiaaGirgEJE寸寸 899186 0 — 6 中
寸 9cozz909cooLOogggvoooooiooc iiizazcoeoco 寸vloi09Zco6 0ncq 寸 9o
ozinoz96co9ogggLOoooooo。。 zzacocoeo 寸 v<gg99t：jco6iZEMgb-6i 寸
』M • SUTOS
33 «H&ES^
HoxoidX XSJOdoHEO vjjvwsIqdawmvd ・z
-
za IE ON 81 91 91 二 01
S2& awsoffi
8. ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ЗАКРЫТОГО ИСПОЛНЕНИЯ
Тип
Мощность (кВт) при синхронной частоте вращения, об/мин
3000
1500
1000
750
4АА56А
4АА56В
4АА63А
4АА63В
4А71А
4А71В
4А80А■
4А80В
4A90A
4А90В
4А100А
4А100В
4А112МА
4А112МБ
4A132S
4А132М
4A160S
4Al 60М
4A180S
4А180М
4А200М
4A200L
4А220М
4A250S
4А250М
Двигател1
4АР160
4АР160М
4АР180
4АР180М
Двига
4АС132
4АС132М
4AC160S
4AC180S
4АС180М
0,18
0,25
0,37
0,55
0,75
1」
1,5
2,2
3,0
4,0
5,0
7,5
11,0
15,0
18,5
22,0
30,0
37,0
45,0
55,0
75,0
90,0
z с повышеннь
屈4" с повыиь
10,0
0,12 0,18 0,25 0,37 0,55 0,75
1,1
1,5 竺 3,0 4,0 5,5
7,5 11,0 15,0 18,0 22,0 30,0 37,0 45,0 55,0 75,0 90,0
乂从 пусковым
15,0 18,5 22,0 30,0
гнным скольж
11：8 17,0 26,5 31,6
0,18 0,25
0,37 0,55 0,75 1,1
1,5
2
2,2 3,0
4,0
5,5
7,5
11,0 15,0
18,5
22,0
30,0
37,0
45,0
55,0
моментом
11,0 15,0
18,5
22,0
ением
6,3
8,5 12,0 19,0
26,5
0,25
0,25
0,55
0,75
吧
1匸0
15,0
18,5
22,0
30,0
37,0
45,0
11：0—
15,0
18,5
4,5
6,0
9,0
16,0:
19,0
9* ХАРАКТЕРИСТИКА цилиндрических двухступенчатых РЕДУКТОРОВ
Типоразмер
Номинальные передаточные числа
Номинальный вращающий момент на выходном валу, Н-м
Номинальная радиальная нагрузка на выходном валу, Н
Масса, кр
Ц2У-100
Ц2У-125
Ц2У-160
Ц2У-200
Ц2У-250
8; 10; 12,5; 16
18; 20; 22,4； 25
28; 31,5
35,5； 40
250
500
1000
2000
4000
4 000
5 600
8 000
11 200
16 000
95
170
320
222
10. ХАРАКТЕРИСТИКА цилиндрических двухступенчатых ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ РЕДУКТОРОВ С ПЕРЕДАЧАМИ НОВИКОВА
Типоразыер
Номинальине передаточные числа
Номинальный вращающий момент на тихоходном валу, Н-ы
Номинальная радиальная нагрузка на выходной валу, Н
MaGGa, ир
Ц2У-315Н
7 800
22 400
520
Ц2У-400Н
8; 10; 12,5;
15 900
31 500
940
Ц2У-450
16; 25; 31,6;
33 400
60 000
15 130
Ц2У-500
40; 50
45 200
80 000
2 100
Н・ характеристика редукторов вкнВЕРТИКАЛЬНОГО ТИПА
Типоразмер
Передаточное число
Мощность М кВт, на быстроходном валу прн режиме работы
Л
G
т
л
с
т
也L
750 об/мин
% =
1000 об/мин
ВКН-280
10
4,3
2,0
1,8
6,0
2,0
1,9
16
3,0
1,4
1,2
4,0
1,7
1,5
31,5
1,4
1,0
6,9
1,0
0,8
0,7
50
0,9
0,7
0,6
1,0
0,8
0,7
ВКН-320
12,5
6,5
3,1
2,7
8,1
3,4
3,0
20
3,6
2,4
1,8
5,6
2,8
2,2
40
2,5
1,7
1,2
2,8
1,8
1,2
63
1,2
0,9
0,7
1,7
1,1
0,7
ВКН-420
16
7,8
5,0
9,1
6,0
6,5
25
5,0
3,5
6」
4,2
4,4
50
2,8
2,1
3,5
2,8
2,2
80
2,3
1,8
3,1
2,2
1*
125
1,6
1,2
1,0
1,7
1,4
1,2
ВКН-480
20
11,7
7,3
4,8
14,4
9,0
6,3
31,5
8,3
5,0
4,0
10,3
6,6
4,8
63
4,7
3,4
2,5
5,9
4,1
3,0
100
3,3
3,3
2,2
4,1
3,0
2,7
ВКН-560
20
19,9
13,3
9,7
23,1
16,5
12,1
25
15,5
11,6
8,2
21,9
14,1
10,3
40
10,6
7,8
6,5
13,9
10,0
7,9
50
8,8
6,5
5,5
12」
8,6
6,7
80
5,9
4,4
3,9
7,8
5,5
4,8
ВКН-630
20
26,7
18,0
35,8
24,6
22,9
25
20,8
15,1
26,6
19,6
18,6
31,5
18,0
12,7
23,1
19,2
16,6
40
14,6
10,8
18,2
13,0
12,1
50
11,8
9,2
14,9
10,9
11,3
62
10,8
8,0
12,7
9,2
9,9
80
8,2
7,0
10,4
7,4
8,7
100
6,5
5,5
8,3
5,8
6,9
125
5,9
5,0
7,5
4,7
6,6
12. ХАРАКТЕРИСТИКА тормозов ТКТ КОРОТКОХОДОВЫМ МАГНИТОМ
ТорыозJ
Тормозной момент прн
ПВ 25 40 % Н*ы
Длина рычага, мм
Ширина колодки Вк, мм
Диаметр Dv тормозного шкива, мм
1
А
ткт-юо
20
100
70
70
100
ТКТ-200/100
40
205
135
90
100
ТКТ-200
160
205
135
90
200
ТКТ-300/200
240
430
190
140
200
т кт-зоо
500
430
190
140
300
13・ характеристика тормозов ТКП с приводом ОТ ЭЛЕКТРОМАГНИТА ТИПА МП
Параметр
Диаметр DT поверхности трения шкива, мм Максимальный тормозной
100
200
200
300
300
20
40
160
240
500
момент, Н-м
Масса тормоза, кг
16
30
37
75
90
Тяговое усилие электромагнита при ИВ = 40 %, Н
230
230
786
780
1650
14. характеристика тормозов С ЭЛЕКТРОГИДРОТОЛКАТЕЛЯМИ
Торыоа
Тормозной ыомент. Нм
Длина рычага( мм
Ширина Вк колодк»! мм
Диаметр тор* мозного шкива, мм
1
А
ТКТГ-200
300
205
135
90
200
тктг-зоо
800
330
190
140
300
ТКТГ-400
1500
525
250
180
400
ТКТГ-500
2500
665
315
200
500
ТКТГ-600
5000
800
380
240
600
РАСЧЕТ НА ЭВМ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ И ТРАНСПОРТИРУЮЩИХУСТРОЙСТВ
В последнее время все более широкое применение в народном хозяйстве находят миии-ЭВМ и микроЭВМ. Применение мини-ЭВМ в учебном процессе, а также при проектировании новых машин и механизмов, включая грузоподъемные и транспортные машины и роботы, позволяет резко снизить затраты времени при отыскании оптимальных решений и сократить сроки проектирования машин в целом.
Широкое применение получает также машинное проектирование,
В настоящее время для проведения расчетов в условиях КБ и учебном процессе используют ЭВМ «Электроника-100/25», «Электроника К-200», машины СМ-1 ... СМ-4; СМ-1420; СМ-1800, а также машины серии «Искра».
Для решения задач, связанных с выполнением многовариантных аналитиче- ческих расчетов, на ЭВМ при программировании используют алгоритмический язык высокого уровня, например ФОРТРАН. Однако в последнее времи все больше применяют более простой алгоритмический язык БЕЙСИК. Язык программирования БЕЙСИК был разработан в 1965 г. и по структуре похож иа язык программирования ФОРТРАН. Он предназначен для решения математических и инженерных задач в режиме диалога ЧЕЛОВЕК—ЭВМ.
Некоторые мини-ЭВМ, например ЭВМ «Искра-226», рассчитаны иа использование только языка БЕЙСИК. Трансляторы или интерпретаторы с языка БЕЙСИК имеются на многих ЭВМ.
Ниже приводятся программы для расчета некоторых механизмов грузоподъемных и транспортирующих машин, написанные на языке БЕЙСИК — для мнкроЗВМ «Искра-226».
Расчеты на ЭВМ в диалоговом режиме проводят поэтапно. При постановке задачи расчета на ЭВМ расчетные формулы преобразовываются алгоритмическим языком в машинный язык, т. е. в набор команд в машинных кодах. С помощью индентификаторов общепринятые расчетные формулы преобразуются в алгоритмы.
Составляются схемы алгоритма решения задачи, а по иим составляются программы решения задачи на языке программирования.
Программа расчета на языке БЕЙСИК вводится пользователем непосредственно клавиатурой, и она отображается на дисплее (терминале). Программа состоит из отдельных строк операторов. Каждая строка начивается с числовой метки номера оператора. Роль метки выполняют целые числа в диапазоне 1 ... 32764. За номером метки в строке располагается имя оператора, определяющее действие этого оператора. Операторы разделяются на описательные и исполнительные. В конце программы дается команда управления на выполиеиие заданной программы работы ЭВМ.
Выполненная ЭВМ работа появляется на дисплее, а при необходимости выдается печатающим устройством на бумаге.
Расчет на ЭВМ барабана механизма подъема тележкиэлектрического мостового крана
Постановка задачи. Первая программа расчета иа ЭВМ предназначена для определения размеров барабана механизма подъема грузоподъемной машины при следующих исходных данных: вес груза Fp = 70 кН; высота подъема N = 18 м； скорость подъема и「= 22 м/мин; режим работы ——тяжелый.
Исходя из того, что механизм подъема предназначен для тележки электрического мостового крана с грузовым крюком (см. рис, 43, а), принимают сдвоенный барабан (zg — 2) с кратностью полиспаста 1П = 2. Блоки полиспаста вращаются на подшипниках качения. КПД блоков принимают Т|п = 0,98 — для хороших условий работы. Выбирают короткую крюковую подвеску с однородным крюком по ГОСТ 6627—74* грузоподъемностью 8 т. Расстояние между блоками крюковой подвески 丄口 = 200 мм (см. рис, 39, б).
Порядок расчета. Определяют максимальное натяжение каната, набегающего на приводной барабан, с учетом веса крюковой подвески:
尸 шах = (Fp + 0,02*尸 “(zduQn).
По максимальному иатяжеиию определяют разрывное усилие каната
Для тяжелого режима работы механизма подъема краиа коэффициент диаметра каната % = 6.
При расчетной разрывной нагрузке (кН) выбирают стальной канат с линейным касанием проволок ЛКР (ГОСТ 2688—80*). При маркировочной группе каната о = 1764 МПа имеем массив (ряд) с диаметром каната 呢(мм) и разрывным усилием &:
9,714,526,338,153,468,878,589,0108,0125,0
4,15,16,98,39,911,012,013,014,015,0
Диаметр барабана определяют по диаметру каната с учетом коэффициента диаметра барабана: Dq =卜/裁・
Принимают чугунный барабан с винтовой навивкой каната и шагом S = =盡 + 5 (мм).
Барабан работает на сжатие. При допускаемом напряжении сжатия асж= =80 МПа толщина стенки барабана б = Fmax/([aCH(l S).
Каиатоемкость одного рабочего участка барабана
Длина рабочего нарезного участка барабана
Ер = (%/冗。6 + 2) S・
Длина участка барабана для закрепления каната /§ = 3S.
Размер бортов барабана /о = 20 мм.
Длина барабана между нарезками
"ср н Lu — 2(1 ?5£)б) tg a.
где а = 6° — допустимый угол отклонения каната от оси ручья канавки блока. Полная длина барабана
L(5 = 2Zp + 2/3 + 2% + ^ср*
Длина барабана
Eq &5D°.
Частота вращения барабана
n6 =0m口/(冗！)6).
Для алгоритма решения принимают следующие идентификаторы (табл. 15.1).
226
15・L ИДЕНТИФИКАТОРЫ
Идентификатор
Обозначение
Единицы ИЗ' мерения
Наименование
А
G6
Градус
Угол отклонения каната
А1
々н
—
Коэффициент диаметра каната
А2
%
—
Коэффициент диаметра барабана
В1
м/мин
Скорость подъема груза
В2
«б
об/мин
Частота вращения барабана
С1
1асж1
МПа
Допустимое напряжение
D2
мм
Диаметр каната
D1
几
мм
Диаметр барабана
F1
&
кН
Сила тяжести груза
Fmax
кН
Максимальное натяжение каната
尸Р
кН
Разрывное усилие каната
м
Высота подъема груза
мм
Длина подвески
мм
Шаг навивкн каната
м
Длина каната, навиваемого на барабан
мм
Длина рабочего участка барабана
мм
Длина участка закрепления каната
мм
Длина бортов барабана
мм
Длина средней части барабана
6
мм
Толщина стенки барабана
殳
мм
Длина барабана
2(5
Число ветвей барабана
k
Кратность полиспаста
Пп
КПД полиспаста
По принятым идентификаторам алгоритм решения на языке БЕЙСИК принимает следующий вид:
максимальное натяжение каната F2=(E1+j3.02 * F1)/(N1 * N2 * Е1);
разрывное усилие каната F3=F2*A1;
диаметр барабана D1=D2*A2;
шаг нарезки барабана для навивки каната L2=D2+5;
длина каната, навиваемого на рабочий участок барабана, L3=H1*N2;
длина рабочего участка барабана L4=(L3/(3.14*Dl)+2) * L2;
длина участка барабана для закрепления каната L5=3*L2;
длина борта барабана, отлитого из чугуна L6=20 мм;
длина среднего участка барабана L7—L1一2 * 1方* DI *TAN(A *3,14/18。); толщина стенки барабана из расчета ее на сжатие L8=l。，3 *F2/© *L2); частота вращения барабана В2=В1 *N2/(3.14 舞 D1).
Схема алгоритма расчета барабана механизма подъема приведена на рис. 147.
В программе 1 и результатах ее решения приведен расчет барабана механизма подъема грузоподъемной машины на алгоритмическом языке программирования БЕЙСИК-
10 REM ПРОГРАММА 1
20 SELECT PRINT05
30 PRINT NEX (03)
40 INPUT ^ВВЕДИТЕ ШИФР*. 1
50 PRINT /ОС. 'ШИФР*. 1:PRINT/ОС
60 PRINT ТАВ(Ю); ^РАСЧЕТ БАРАБАНА МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА* ： PRINT /ОС
70 PRINT /ОС.ТАВ(5);'РАСЧЕТ БАРАБАНА МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА* :PRINT /ОС
80 PRINT ТАВ( 10)：-ВВЕДИТЕ ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ*
90 INPUT "СИЛА ТЯЖЕСТИ ГРУЗА (KHT.FI
100 INPUT 'СКОРОСТЬПОДЬЕМА ГРУЗА (М/МИИГ.В1
110 INPUT *ЧИСЛО РАБОЧИХ УЧАСТКОВ БАРАБАНА*.N!
120 INPUT "КРАТНОСТЬ ПОЛИСПАСТА*. N2
130 INPUT *КПД ПОЛИСПАСТА*, ЕI
140 INPUT 'ЗАПАС ПРОЧНОСТИ КАНАТА ,R 1
150 INPUT * КОЭФФИЦИЕНТ ДИАМЕТРА БАРАБАНА*. R2
160 INPUT "ДЛИНА КРЮКОВОЙ ПОДВЕСКИ (ММ 尸 L
170 INPUT * ДОПУСКАЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ БАРАБАНА (МПА Г.С1
180 INPUT "ВЫСОТА ПОДЪЕМА (МГ. И1
190 INPUT ЖДЛИИА БОРТИКА БАРАБАНА (ММГ .L6
200 INPUT "ДОПУСКАЕМЫЙ УГОЛ ОТКЛОНЕНИЯ КАНАТА (ГРАД)* . А
210 SELEKT PR1NTOC {80).
220 PRINT ^ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ: ": PRNT”'
230 PRINT *СИЛА ТЯЖЕСТИ ГРУЗА (КН) FI-*;F1
240 PRINT "СКОРОСТЬ ПОДЪЕМА ГРУЗА (М/МИН ) В1=*:В1
250 PRINT * ЧИСЛО РАБОЧИХ УЧАСТКОВ БАРАБАНА N1=*;NI
260 PRINT ^КРАТНОСТЬ ПОЛИСПАСТА N2 = •: N2
270 PRINT 'КПД ПОЛИСПАСТА Е 1=1 El
280 PRINT *ЗАПАС ПРОЧНОСТИ КАНАТА А 1 А1
29С PRINT 'КОЭФФИЦИЕНТ ДИАМЕТРА БАРАБАНА А2=‘ ： А2
300 PRINT 'ДЛИНА КРЮКОВОЙ ПОДВЕСКИ (ММ) LI=*;LI
3 10 PRINT * ДОПУСКАЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ БАРАБАНА (МПА) С1=*;С1
320 PRINT 'ВЫСОТА ПОДЪЕМА (М) HI =";Н1
330 PRINT * ДЛИНА БОРТИКА БАРАБАНА (ММ) L6="：L6
340 PRINT ^ДОПУСКАЕМЫЙ УГОЛ ОТКЛОНЕНИЯ КАНАТА (ГРАД) А=";А
350 DIM D2H3).F3(13)
360 DATA 4.1.9.75,5.1.14.60,6.9.26.30.8.3.38.15.9.9.53.45
370 DATA 11 00,68.80.12.0,78.55.13.0.89.00.14.0.108.00
380 DATA 15.0.125.00.16.5,152.00.18.0.181 50.19.5.209.00
390 FOR 1%=ITO13
400 READ D2(1%).F3(1%)
410 NEXT 1%
420 F2=ROUND ((Fl*0.02«Fl)/(N1-N2-EI). 3)
430 F3=ROUND (F2-A1.3)
440 J%=0
450 J%=J%+ 1
460 IF F3F3(J%)THEN540
470 IF J%=ITHEN520
480 IF F3=F3(J%)THEN520
490 IF F30.5'(F3(J%-! )*F3(J%) JTHEN520
500 D2-D2(J%T )
510 GOTO 570
520 D2 = D2(J%)
530 GOTO 570
540 IF J%13THEN450
550 PRINT 'КАНАТ HE ПОДОБРАН ПО МАССЕ F3( 13广
560 STOP
570 D1=ROUND(D2-A2.3)
580 L2=ROUND(D2・5.3)
590 L8=ROUND(F2-1000/(C1-L2). 1)
Рис- - 47. Оемэ апгорктма ьнечета барабана механизма подъема грузоподъем®
НОЙ м^；：шя.я ы
?2&
229
600 L3-ROUND(NI*N2.3)610 L5=ROUND(3-L2.3)620 L4-ROUND(( (L3-1000/(3. 14-DI ) )*2)-L2.3)630 L7 = ROUND(LI~2-1,5-DI-TAN(A-3. 14/180),3)640 L-ROUND(2-L4-2L5*2-L6*L7. I )650 B2-ROUND( (ВI-N2- 1 000 ) / (31-DI). 3)660 FOR I-IT02670 IF I-2THEN690680 SELECT PR1NT05690 PRINT: PRINT "РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ:": PRINT"”700 PRINT * МАКСИМАЛЬНОЕ НАТЯЖЕНИЕ КАНАТА (КН) F2=";F27 IО PRINT "РАССЧЕТНОЕ РАЗРЫВНОЕ УСИЛИЕ КАНАТА F3-"; F3; "КН"7 20 PRINT "ПО ГОСТ 2688To ПОДОБРАН КАНАТ D2-*; D2「ММ*730 PRINT : PRINT "РАССЧЕТННЕ РАЗМЕРЫ БАРАБАНА " PRINT746 PRINT жДИАМЕТР БАРА6АНА (ММ ) D1; DI750 PRINT "ДЛИНА БАРАБАНА L-*;L; 'ММ，760 PRINT *ТОЛ1НИНА СТЕНКИ БАРАБАНА L8*「L8: "ММ"770 PRINT "ЧАСТОТА ВРАЩЕНИЯ БАРАБАНА В2=" ;В2 "05/МНН"780 PRINT "РАСЧЕТ СООТВЕТСТВУЕТ УСЛОВИЮ L(5"DI Г790 SELECT PR1NTOC800 NEXT 1810END600 L3-ROUND(NI*N2.3)610 L5=ROUND(3-L2.3)620 L4-ROUND(( (L3-1000/(3. 14-DI ) )*2)-L2.3)630 L7 = ROUND(LI~2-1,5-DI-TAN(A-3. 14/180),3)640 L-ROUND(2-L4-2L5*2-L6*L7. I )650 B2-ROUND( (ВI-N2- 1 000 ) / (31-DI). 3)660 FOR I-IT02670 IF I-2THEN690680 SELECT PR1NT05690 PRINT: PRINT "РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ:": PRINT"”700 PRINT * МАКСИМАЛЬНОЕ НАТЯЖЕНИЕ КАНАТА (КН) F2=";F27 IО PRINT "РАССЧЕТНОЕ РАЗРЫВНОЕ УСИЛИЕ КАНАТА F3-"; F3; "КН"7 20 PRINT "ПО ГОСТ 2688To ПОДОБРАН КАНАТ D2-*; D2「ММ*730 PRINT : PRINT "РАССЧЕТННЕ РАЗМЕРЫ БАРАБАНА " PRINT746 PRINT жДИАМЕТР БАРА6АНА (ММ ) D1; DI750 PRINT "ДЛИНА БАРАБАНА L-*;L; 'ММ，760 PRINT *ТОЛ1НИНА СТЕНКИ БАРАБАНА L8*「L8: "ММ"770 PRINT "ЧАСТОТА ВРАЩЕНИЯ БАРАБАНА В2=" ;В2 "05/МНН"780 PRINT "РАСЧЕТ СООТВЕТСТВУЕТ УСЛОВИЮ L(5"DI Г790 SELECT PR1NTOC800 NEXT 1810END
600 L3-ROUND(NI*N2.3)
610 L5=ROUND(3-L2.3)
620 L4-ROUND(( (L3-1000/(3. 14-DI ) )*2)-L2.3)
630 L7 = ROUND(LI~2-1,5-DI-TAN(A-3. 14/180),3)
640 L-ROUND(2-L4-2L5*2-L6*L7. I )
650 B2-ROUND( (ВI-N2- 1 000 ) / (31-DI). 3)
660 FOR I-IT02
670 IF I-2THEN690
680 SELECT PR1NT05
690 PRINT: PRINT "РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ:": PRINT"”
700 PRINT * МАКСИМАЛЬНОЕ НАТЯЖЕНИЕ КАНАТА (КН) F2=";F2
7 IО PRINT "РАССЧЕТНОЕ РАЗРЫВНОЕ УСИЛИЕ КАНАТА F3-"; F3; "КН"
7 20 PRINT "ПО ГОСТ 2688To ПОДОБРАН КАНАТ D2-*; D2「ММ*
730 PRINT : PRINT "РАССЧЕТННЕ РАЗМЕРЫ БАРАБАНА " PRINT
746 PRINT жДИАМЕТР БАРА6АНА (ММ ) D1; DI
750 PRINT "ДЛИНА БАРАБАНА L-*;L; 'ММ，
760 PRINT *ТОЛ1НИНА СТЕНКИ БАРАБАНА L8*「L8: "ММ"
770 PRINT "ЧАСТОТА ВРАЩЕНИЯ БАРАБАНА В2=" ;В2 "05/МНН"
780 PRINT "РАСЧЕТ СООТВЕТСТВУЕТ УСЛОВИЮ L(5"DI Г
790 SELECT PR1NTOC
800 NEXT 1
810END
600 L3-ROUND(NI*N2.3)
610 L5=ROUND(3-L2.3)
620 L4-ROUND(( (L3-1000/(3. 14-DI ) )*2)-L2.3)
630 L7 = ROUND(LI~2-1,5-DI-TAN(A-3. 14/180),3)
640 L-ROUND(2-L4-2L5*2-L6*L7. I )
650 B2-ROUND( (ВI-N2- 1 000 ) / (31-DI). 3)
660 FOR I-IT02
670 IF I-2THEN690
680 SELECT PR1NT05
690 PRINT: PRINT "РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ:": PRINT"”
700 PRINT * МАКСИМАЛЬНОЕ НАТЯЖЕНИЕ КАНАТА (КН) F2=";F2
7 IО PRINT "РАССЧЕТНОЕ РАЗРЫВНОЕ УСИЛИЕ КАНАТА F3-"; F3; "КН"
7 20 PRINT "ПО ГОСТ 2688To ПОДОБРАН КАНАТ D2-*; D2「ММ*
730 PRINT : PRINT "РАССЧЕТННЕ РАЗМЕРЫ БАРАБАНА " PRINT
746 PRINT жДИАМЕТР БАРА6АНА (ММ ) D1; DI
750 PRINT "ДЛИНА БАРАБАНА L-*;L; 'ММ，
760 PRINT *ТОЛ1НИНА СТЕНКИ БАРАБАНА L8*「L8: "ММ"
770 PRINT "ЧАСТОТА ВРАЩЕНИЯ БАРАБАНА В2=" ;В2 "05/МНН"
780 PRINT "РАСЧЕТ СООТВЕТСТВУЕТ УСЛОВИЮ L(5"DI Г
790 SELECT PR1NTOC
800 NEXT 1
810END
Порядок расчета. Статический крутящий момент иа тормозном валу (иа валу электродвигателя) с учетом потерь в механизме
Л。= (Fp + 尸口) ^0rj0/(2u0in).
По нормам Госгортехнадзора тормозной момент Мт = ^ТМС.
Давление между колодкой и шкивом находят из соотношения
Рем = ^т360°/(л/)тр/Di^Tjo) &【Рем】=0,8 МПа.
Произведение давления на скорость скольжения колодки по тормозному шкиву характеризует работу трения тормоза:
Рсм& = Рсм"^т曲(/60 & [Рсм^] = 5 МПа* м/с»
где % — диаметр тормозного шкива.
Для выбора двухколодочного тормоза ТКП приводится массив данных максимального тормозного момента МШах (см. приложение 13):
ТормозТКП-100Dм • ■ ■ ■ •0( 1Мщах, Н'М ♦ ♦ ♦20ТормозТКП-100Dм • ■ ■ ■ •0( 1Мщах, Н'М ♦ ♦ ♦20ТКП-200/1000,240ТКП-200/1000,240
ТормозТКП-100
Dм • ■ ■ ■ •0( 1
Мщах, Н'М ♦ ♦ ♦20
ТормозТКП-100
Dм • ■ ■ ■ •0( 1
Мщах, Н'М ♦ ♦ ♦20
ТКП-200/1000,240
ТКП-200/1000,240
ШИФР 1111 РАСЧЕТ БАРАБАНА МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕj
СИЛА ТЯЖЕСТИ ГРУЗА F1-70KH
СКОРОСТЬ ПОДЪЕМА ГРУЗА В1-22 М/МИН
ЧИСЛО РАБОЧИХ УЧАСТКОВ БАРАБАНА NI-2
КРАТНОСТЬ ПОЛИСПАСТА N2-2
КПД ПОЛИСПАСТА Е1-0.98
ЗАПАС ПРОЧНОСТИ КАНАТА AI-6
КОЭФФИЦИЕНТ ДИАМЕТРА БАРАБАНА А2-30
ДЛИНА КРЮКОВОЙ ПОДВЕСКИ LJ-200 ММ|
ДОПУСКАЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ БАРАБАНА (МПА » С1-80 МПАj
ВЫСОТА ПОДЪЕМА Н1-18М，
ДЛИНА БОРТИКА БАРАБАНА L6-20 ММ>■
ДОПУСКАЕМЫЙ УГОЛ ОТКЛОНЕНИЯ КАНАТА А-6 ГРАДj
РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ1
МАКСИМАЛЬНОЕ НАТЯЖЕНИЕ КАНАТА F2- 18 214 КН手
РАССЧЕТНОЕ РАЗРЫВНОЕ УСИЛИЕ КАНАТА F3-I09 284 КНI
ПО ГОСТ 2688To ПОДОБРАН КАНАТ D2・ 14 ММ看
РАССЧЕТНЫЕ РАЗМЕРЫ БАРАБАНА :童
ДИАМЕТР БАРАБАНА D1-420 ММ£
ДЛИНА БАРАБАНА L-1334 9 MMj
ТОЛЩИНА СТЕНКИ БАРАБАНА L8- 12 ММ享
ЧАСТОТА ВРАЩЕНИЯ БАРАБАНА В2-33 ОБ/МИН|
РАСЧЕТ СООТВЕТСТВУЕТ УСЛОВИЮ H5-DI )-
Расчет на ЭВМ двухколодочного тормоза:
Постановка задачи. Вторая программа расчета на ЭВМ предназначена для выбора двухколодочнсго тормоза по тормозному моменту в механизме подъема грузоподъемной машины при следующих исходных данных: грузоподъемная сила 尸г * 32 000 Н; грузоподъемная сила крюковой подвески Лп 口 2500 Н; диаметр приводного барабана Dq — 0,18 м; кратность полиспаста，口 = 2； передаточное отношение редуктора и0 -= 18; общий КПД привода т]0 = 0,9; режим работы ——тяжелый (feT —- 2 ——к(^эффициент запаса тормозного момента); коэффициент трения для материала колодкн，= 0.35; угол обхвата колодки шкнва ■ Р — 70°; частота вращения вала электродвит'ателя 注我=1500 об/мин.
ТКП-200 ТКП-300/200 ТКП-300
0,20,30,3
160240500
Для алгоритма решения приняты следующие идентификаторы (табл. 15.2).
По принятым идентификаторам алгоритм расчета двухколодочного тормоза на языке программирования БЕЙСИК принимает следующий вид:
статический момент T1=((G1+G2) *D1 *E)/(2.0*U *1);
тормозной момент Т2=К*Т1;
давление колодки на тормозной шкив Р1=(Т2*36й)/(3.14 *D * В ж D1 * Е);
произведение давления на скорость Р2=Р1 * 314 * D * N/60.
Схема алгоритма расчета двухколодочного тормоза приведена на рис. 148.
В программе 2 приведен расчет двухколодочного тормоза грузоподъемной машины с выбором тормоза типа ТКП.
15.2. ИДЕНТИФИКАТОРЫ
Идентификатор
Обозначение
Единице! измерения
Идентификатор
Обозначение
Единица измерения
й
н н
D 81
DT
М м
Do
м
М
Мщах
Н-м
По
Безразмерный
Т1
仆
Н-м
72
Мт
Н-м
Р1
Рем
МПа
》
Р2
Рсм°
МПа-м/с
Градус
尸
f
Безразмерный
об/мин
230
Q^ Начало ^
平
Рис. 148. Схема алгоритма расчета двухколодочного тормоза грузоподъемной машины
10 REM ПРОГРАММА 2
20 D1MF-4OT-(6).D(6).M(6)
25 SELECT D
30 PRINT NEX(03)
40 INPUT -ВВЕДИТЕ ШИФР' . 1
45 PRINT /ОС./КАФЕДРА * ДЕТАЛИ МАШИН И ПТУ'/
50 PRINT /ОС.ТАВ(10).-ШИФР*,1
55 REM
60 PRINT ТАВ( 10 )「РАСЧЕТ ДВУХКОЛОДОЧНОГО ТОРМОЗА*
70 PRINT /ОС.ТАВ( 10)「РАСЧЕТ ДВУХКОЛОДОЧНОГО ТОРМОЗА*
80 READT-(l).T-(2).T-(3).T-(4LT-(5)
100 READDd ).D(2),D(3).D(4).D(5)
101 READM(1).M(2).M(3).M(4).M(5)
110 PRINT -ВВЕДИТЕ ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ：'： PRINT*”
120 INPUT -СИЛА ТЯЖЕСТИ ГРУЗА (Н) GI=*.GI
130 INPUT -СИЛА ТЯЖЕСТИ ПОДВЕСКИ (H)G2=*.G2
140 INPUT * ДИАМЕТР БАРАБАНА (М) D1=*.DI
150 INPUT "КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ Е=" , Е
160 INPUT -ПЕРЕДАТОЧНОЕ ОТНОШЕНИЕ U=*.U
170 INPUT 'КРАТНОСТЬ ПОЛИСПАСТА 1=*.1
180 INPUT-КОЭФФИЦИЕНТ ЗАПАСА ТОРМОЖЕНИЯ К«*.К
190 INPUT "КОЭФФИЦИЕНТ ТРЕНИЯ МАТЕРИАЛА КОЛОДОК F=*.F
200 INPUT *УГОЛ ОБХВАТА КОЛОДОК ТОРМОЗНОГО ШКИВА (ГРАД) В=*,В
210 INPUT-ЧАСТОТА ВРАЩЕНИЯ ВАЛА ДВИГАТЕЛЯ (ОБ/МИН) N=*.N
220 SELECT PR1NTOC
230 PRINT -ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ* ： PRINT ”"
240 PRINT -СИЛА ТЯЖЕСТИ ГРУЗА (H)G1=*.GI
250 PRfNT-СИЛА ТДЖЕСТИ ПОДВЕСКИ (Н) G2).G2
260 PRINT* ДИАМЕТР БАРАБАНА (М) D1=*,DI
270 PRINT ^КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ Е = *.Е
280 PRINT ^ПЕРЕДАТОЧНОЕ ОТНОШЕНИЕ U=" ; U
290 PRINT "КРАТНОСТЬ ПОЛИСПАСТА
300 PRINT -КОЭФФИЦИЕНТ ЗАПАСА ТОРМОЖЕНИЯ К=*;К
305 PRINT "КОЭФФИЦИЕНТ ТРЕНИЯ МАТЕРИАЛА КОЛОДОК F="; F
310 PRINT ^УГОЛ ОБХВАТА КОЛОДОК ТОРМОЗНОГО ШКИВА (ГРАД) В = *；В
320 PRINT "ЧАСТОТА ВРАЩЕНИЯ ВАЛА ДВИГАТЕЛЯ(ОБ/МИН ) N=* ; N
340 SELECT PR1NT05
350 T1 = (G1*G2)-DI-E)/(2.0-U-1)：T1=ROUND(T1,3)
360T2=K«TI ,T2=ROUND(T2.3)
37Q J=0
380 J=J+l
390 IF J=6THEN570
400 IF T2=M(J)THEN450
410 IF J=5THEN570
420 T3= (M( J* 1 )-M (J H /2.0 ： T3-ROUND(T3.3)
430 IF T2T3THEN450
440 COTO 3S0
450 B1=0.300-D(J)：B1=ROUND(BI,3)
460 Pl = (T2-360.0)/(3. 14-D(J)-B-F-D(J)-B1-E-IOE5) PI=ROUND(P1.3)
4 70 P2=P1«3. I4-D(J)-N/60.0：P2^ROUND(P2.3)
4 80 IF P25THEN380
485 Y=0
490 FOR L=IT02
500 IF L^THENS20
510 SH.ECT PR1NTOC
520 PRINT PRINT ^РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА 'PRINT “"
525 IF Y=THEN570
530 PRINT *ВЫБРАН ТОРМОЗ ТИПА " ； T・(J)
540 PRINT 'МАКСИМАЛЬНЫЙ ТОРМОЗНОЙ МОМЕНТ (Н-М) M=';M(J)
550 PRINT 'ДИАМЕТР ШКИВА (М) D=';D(J)
560 GOTO 580
570 PRINT 'ВЫБОР HE СДЕЛАН* ; Y=1
580 PRfNT "СТАТИЧЕСКИЙ МОМЕНТ (H-M) Т1=-；Т|
59Q PRINT ^ТОРМОЗНОЙ МОМЕНТ (Н-М)Т2 = "；Т2
600 PRINT 'ШИРИНА КОЛОДКИ (М) В1 = -;В1
61 0 PRfNT "ДАВЛЕНИЕ НА КОЛОДКН (МПА) РЬ';Р1
620 PRINT "ПРОИЗВЕДЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ НА СКОРОСТЬ (МПА'М/С) Р2 = ";Р2
630 NEXT I.
635 SELECT PRfNTO5
640 [NPUT "ДЛЯ ПОВТОРНОГО РАСЧЕТА ДАЙТЕ Г .А
650 [F A=-|*THENI1O
660 PRfNT "РАБОТА ЗАКОНЧЕНА*
670 ДАТА 'ТКП-ЮО*. *ТКП-200/100* . *ТКП-200*, *ТКП-300/200'. 'ТКЛ-ЗОО
680 ДАТА 0. 1 .0.2.0.2.0.3.0 3
690 ДАТА 20.0,40.0.160.0,240.0.500.0
700 END
РАСЧЕТ ДВУХКОЛОДОЧНОГО ТОРМОЗАИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
СИЛА ТЯЖЕСТИ ГРУЗА Gt-32000 Н
СИЛА ТЯЖЕСТИ ПОДВЕСКИ G2=2500 Н
ДИАМЕТР БАРАБАНА Df-O. [8М
КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ Е-0.9
ПЕРЕДАТОЧНОЕ ОТНОШЕНИЕ U-I8
КРАТНОСТЬ ПОЛИСПАСТА【-2
КОЭФФИЦИЕНТ ЗАПАСА ТОРМОЖЕНИЯ К-2
КОЭФФИЦИЕНТ ТРЕИИЯ МАТЕРИАЛА КОЛОДОК F=0.35
УГОЛ ОБХВАТА КОЛОДОК ТОРМОЗНОГО ШКИВА В=70 ГРАД
ЧАСТОТА ВРАЩЕНИЯ ВАЛА ДВИГАТЕЛЯ N=1500 ОБ/МИН
РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА
ВЫБРАН ТОРМОЗ ТИПА ТКП-300/200
МАКСИМАЛЬНЫЙ ТОРМОЗНОЙ МОМЕНТ М=240 Н-М
ДИАМЕТР ШКИВА D-0 • 3 М
СТАТИЧЕСКИЙ МОМЕНТ Т[-76. Г5Н-М
ТОРМОЗНОЙ МОМЕНТ Т2- 152.3 Н・М
ШИРИНА КОЛОДКИ В1-0.09М
ДАВЛЕНИЕ НА КОЛОДКИ Р[-0.098 МПА
ПРОИЗВЕДЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ НА СКОРОСТЬ P2-2.30S МПА*М/С
Тяговый расчет на ЭВМ ленточного конвейера
Постановка задачи. Определить тяговое усилие 尸工 и мощность двигателя на приводном барабане ленточного конвейера по схеме рис. 98.Горизонтальная длина желобчатого ленточного конвейера 2「= 34 м; угол наклона конвейера к горизонту В= 14° (соответственно высота подъема конвейера Н =Zp tg §, для горизонтального ковейера 0 = 0°). Средняя линейная плотность груза на ленте желобчатого конвейера рг = 100 кг/м; линейная плотность ленты Рл ~ 12 кг/м; условная линейная плотность желобчатых роликов рабочей ветви конвейера рр_ ж= 15 кг/м; линейная плотность плоских роликов холостой ветви конвейера pj. 口=5,5 кг/м; коэффициент сопротивления качения плоских роликов 归色口 — 0,022 и для желобчатых роликов 左色出=0,025 на шарикоподшипниках; коэффициент сопротивления качения натяжного и приводного барабана feg, н =左6. 口 = 0,05; скорость движения ленты конвейера и = 1,5 м/с. КПД привода п = 0,85.
Приводной барабан расположен в верхней части конвейера.
Порядок расчета. Для расчета натяжения гибкого элемента (ленты) методом обхода контура по точкам на контуре конвейера намечают четыре расчетные точки. Первая расчетная точка 1 назначается на сбегающей ветви приводного барабана, а четвертая 4 на набегающей ветви приводного барабана. На натяжном барабане расположены соответственно точки 2 и 3. Ввиду того что передача тягового усилия от барабана к ленте передается за счет трения, для предотвра-
Рис. 149. Схема алгоритма тягового расчета ленточного конвейераРис. 149. Схема алгоритма тягового расчета ленточного конвейеращения проскальзывания ленты по барабану необходимо выполнить условия F《= =F^^, где е = 2,71 — основание натурального логарифма; f = 0,35 — коэффициент трения прорезиненной ленты по поверхности футерованного деревом приводного барабана; а = п = =3,14 — угол обхвата лентой приводного барабана. Откуда & = е" = 3.Натяжение расчетной точки 1 принимается как неизвестная величина 尸工.На- тяжение во всех точках (КН) определяют из выражений:F?=尸工+ Fl“z =尸工++ [(Рл + Рр. ugLiAon —— PflgHI/1000 = & + 4}& = % + 尸 2 . 3 •= % (1 ++ 坛 H)=尸2^ ==FiB -j- ABjП =尸窈 + &…$ = &+Е(Рг+ + Рл + Рр. ж) gL^hсож + + (рр + Рл) g^]/I000 = е % + с = г^в + лв + с.Решая совместно последнее уравнение и уравнение Эйлера & =尸z©'% находим натяжение в точке 1:艮一48 +eщения проскальзывания ленты по барабану необходимо выполнить условия F《= =F^^, где е = 2,71 — основание натурального логарифма; f = 0,35 — коэффициент трения прорезиненной ленты по поверхности футерованного деревом приводного барабана; а = п = =3,14 — угол обхвата лентой приводного барабана. Откуда & = е" = 3.Натяжение расчетной точки 1 принимается как неизвестная величина 尸工.На- тяжение во всех точках (КН) определяют из выражений:F?=尸工+ Fl“z =尸工++ [(Рл + Рр. ugLiAon —— PflgHI/1000 = & + 4}& = % + 尸 2 . 3 •= % (1 ++ 坛 H)=尸2^ ==FiB -j- ABjП =尸窈 + &…$ = &+Е(Рг+ + Рл + Рр. ж) gL^hсож + + (рр + Рл) g^]/I000 = е % + с = г^в + лв + с.Решая совместно последнее уравнение и уравнение Эйлера & =尸z©'% находим натяжение в точке 1:艮一48 +e^~ НачалоПечатьзаголовка^~ НачалоПечатьзаголовкаПеременные4,А?,42,А5,А4，А5,А6,А7，А8,А9,6,81,82ВЗ,СC1,C2,C3,FltF2fF3,F4,F5, P1tH1,LfПеременные4,А?,42,А5,А4，А5,А6,А7，А8,А9,6,81,82ВЗ,СC1,C2,C3,FltF2fF3,F4,F5, P1tH1,Lf44勿〃d переменныхA1,A2}A5>A4,A5,A6lA7,A8tA9,81 fC2tC^勿〃d переменныхA1,A2}A5>A4,A5,A6lA7,A8tA9,81 fC2tC^Печать переменн/ллAl>A2fA3tA^^5>A6,A7}Ad,A9!9ltC2>C^^^Печать переменн/ллAl>A2fA3tA^^5>A6,A7}Ad,A9!9ltC2>C^^^ВычислениеHf>L,A,8,JFf,F2,F5F4ВычислениеHf>L,A,8,JFf,F2,F5F4Печать 尸力尸Z尸3,尸4Печать 尸力尸Z尸3,尸4Вычисление尸5, Р1Вычисление尸5, Р1■9ПечатьF5.P1■9ПечатьF5.P1ГГ伦4eq伦4eq
Рис. 149. Схема алгоритма тягового расчета ленточного конвейера
Рис. 149. Схема алгоритма тягового расчета ленточного конвейера
щения проскальзывания ленты по барабану необходимо выполнить условия F《= =F^^, где е = 2,71 — основание натурального логарифма; f = 0,35 — коэффициент трения прорезиненной ленты по поверхности футерованного деревом приводного барабана; а = п = =3,14 — угол обхвата лентой приводного барабана. Откуда & = е" = 3.
Натяжение расчетной точки 1 принимается как неизвестная величина 尸工.На- тяжение во всех точках (КН) определяют из выражений:
F?=尸工+ Fl“z =尸工+
+ [(Рл + Рр. ugLiAon —
— PflgHI/1000 = & + 4}
& = % + 尸 2 . 3 •= % (1 +
+ 坛 H)=尸2^ =
=FiB -j- ABj
П =尸窈 + &…$ = &+Е(Рг+ + Рл + Рр. ж) gL^hсож + + (рр + Рл) g^]/I000 = е % + с = г^в + лв + с.
Решая совместно последнее уравнение и уравнение Эйлера & =尸z©'% находим натяжение в точке 1:
艮一48 +e
щения проскальзывания ленты по барабану необходимо выполнить условия F《= =F^^, где е = 2,71 — основание натурального логарифма; f = 0,35 — коэффициент трения прорезиненной ленты по поверхности футерованного деревом приводного барабана; а = п = =3,14 — угол обхвата лентой приводного барабана. Откуда & = е" = 3.
Натяжение расчетной точки 1 принимается как неизвестная величина 尸工.На- тяжение во всех точках (КН) определяют из выражений:
F?=尸工+ Fl“z =尸工+
+ [(Рл + Рр. ugLiAon —
— PflgHI/1000 = & + 4}
& = % + 尸 2 . 3 •= % (1 +
+ 坛 H)=尸2^ =
=FiB -j- ABj
П =尸窈 + &…$ = &+Е(Рг+ + Рл + Рр. ж) gL^hсож + + (рр + Рл) g^]/I000 = е % + с = г^в + лв + с.
Решая совместно последнее уравнение и уравнение Эйлера & =尸z©'% находим натяжение в точке 1:
艮一48 +e
^~ Начало
Печатьзаголовка
^~ Начало
Печатьзаголовка
Переменные
4,А?,42,А5,А4，А5,А6,А7，А8,А9,6,81,82
ВЗ,СC1,C2,C3,FltF2fF3,F4,F5, P1tH1,Lf
Переменные
4,А?,42,А5,А4，А5,А6,А7，А8,А9,6,81,82
ВЗ,СC1,C2,C3,FltF2fF3,F4,F5, P1tH1,Lf
4
4
勿〃d переменных
A1,A2}A5>A4,A5,A6lA7,A8tA9,81 fC2tC^
勿〃d переменных
A1,A2}A5>A4,A5,A6lA7,A8tA9,81 fC2tC^
Печать переменн/лл
Al>A2fA3tA^^5>A6,A7}Ad,A9!9ltC2>C^^^
Печать переменн/лл
Al>A2fA3tA^^5>A6,A7}Ad,A9!9ltC2>C^^^
Вычисление
Hf>L,A,8,JFf,F2,F5F4
Вычисление
Hf>L,A,8,JFf,F2,F5F4
Печать 尸力尸Z尸3,尸4
Печать 尸力尸Z尸3,尸4
Вычисление尸5, Р1
Вычисление尸5, Р1
■9
Печать
F5.P1
■9
Печать
F5.P1
Г
Г
伦4eq
伦4eq
По & находим натяжение ленты в точках 2, 3 и 4.
Тяговое усилие на приводном барабане
a =(f4 - a) + (尸4 + R)跳口.
Мощность привода конвейера %=尸招/斗
Решение задачи на ЭВМ производится на алгоритмическом языке. Алгоритм тягового расчета ленточного конвейера на языке программирования БЕЙСИК начинается с описания переменных, для чего принимают обозначения идентификаторов по табл. 15.3.
Алгоритм расчета имеет внд：
H1=L1 *TAN Bl *3.14/180
С1=ЕХР(С2*СЗ)；
A—((A2-J-A4) * L1 * А5—А2 * Н1)/1а2;
F2=F1+A;
B=l+A7;
F3=F2 * B=F1 * B+A * B;
C=((A1+A2+A3) *L1«.(A6+A2)*H1)/1025
F4=F3+C=F1 * B+A « B+Cj
F4=F1 *C1;
Fl 舞C1=F1 * B+A « B+C m A*B + C.
F5=(F4-F1)+(F4+F1)« A7;
P1=F5*A9/A8・
Схема алгор итма дана на рис. 149.
В программе 3 приведен расчет ленточного конвейера,
Идентификаторы
ИдентификаторОбозначение
Единица измерения
LI&
81В
TЛ^ (51*3.14/18 0)tg В
А1Рр
А 2Рл
АЗрр.ж
А4Рр,п
А 5
力 6^©ж
А 7財.н =右 0. п
Л8口
А9о
ЕХРе
С2f
СЗС6
Cl = EXP (С2*СЗ)Gs = М。
FlF1
尸2а
尸3网
尸4&
尸5%
Pl^
М м Градус Радиан кг/м
>
Безразмерный
А
»
м/с Безразмерный 》 Радиан
Безразмерный
Н Н Н Н Н Вт
10 REN ПРОГРАММА 3
20 SELECT PRINT05
30 PRINT NEX(O3t
40 INPUT'ВВЕДИТЕ ШИФР". 1
50PR1NT/OC. ТАВ(Ю)； "ШИФР*. 1
60 REM
70 PRINT TAB(5 ); ^ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ ЛЕНТОЧНОГО КОНВЕЙЕРА*
80 PRINT/ОС. ТАВ(5); * ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ ЛЕНТОЧНОГО КОНВЕЙЕРА*
90 PRINTTAB(lO ); -ВВОД ИСХОДНЫХ ДАННЫХ-
100 PRINT /ОС. ТАВ(10); ^ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ*
110 INPUT "ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ ДЛИНА КОНВЕЙЕРА (М)*. L1
120 INPUT *УГОЛ НАКЛОНА КОНВЕЙЕРА (ГРАД Г. В(
130 INPUT "РАСПРЕДЕЛЕННАЯ МАССА ГРУЗА (КГ/М)*. А1
140 INPUT 'РАСПРЕДЕЛЕННАЯ МАССА ЛЕНТЫ (КГ/МГ. А2
150 INPUT ^РАСПРЕДЕЛЕННАЯ МАССА РАБОЧИХ РОЛИКОВ (КГ/М)*. АЗ
160 INPUT'РАСПРЕДЕЛЕННАЯ МАССА НИЖНИХ РОЛИКОВ(К「/М｝「А4
170 INPUT "КОЭФФИЦИЕНТ СОПРОТИВЛЕНИЯ НИЖНИХ РОЛИКОВ*. А5
180 INPUT - КОЭФФИЦИЕНТ СОПРОТИВЛЬНИЯ ВЕРХНИХ РО；П1КОВ- Аб
190 INPUT 'КОЭФФИЦИЕНТ СОПРОТНВЛГН11Я КАЧЕНИЯ bAFARAWA" А7
200 INPUT "КПД [1РИВОДА' . А8
2 IО INPUT "СКОРОСТЬ ЛЕНТЫ KOHBFHFPA (М/С)". А9
220 INPUT 'КОЭФФИЦИЕНТ ТРЕНИЯ ЛЕН ГЫ ПО БАРАБАНУ', С2
230 INPUT *УГОЛ ОВХВАТА ЛЕНТОЙ ПРИВОДНОГО БАРАБАНА (РАД)" СЗ
240 SELECT PR[NTOC(80)
250 PRINT "ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ ДЛИНА КОНВЕЙЕРА LI = ".LL'M"
260 PRINT "УПЭЛ НАКЛОНА KOHBF0FPA В1 = '.В1 'ГРАД'
270 PRINT 'РАСПРЕДЕЛЕННАЯ МАССА ГРУЗА А I = ' . А I . * KV/M'
280 PRINT "РАСПРЕДЕЛЕННАЯ МАССА ЛЕНТЫ А2= ' . А2. "КГ/М*
290 PRINT 'РАСПРЕДЕЛЕННАЯ МАССА РАБОЧИХ РОЛИКОВ АЗ^'.АЗ, 'КГ/М*
300 PRINT "РАСПРЕДЕЛЕННАЯ МАССА НИЖНИХ РОЛИКОВ A4 1A4「К【/М*
310 PRINT "КОЭФФИЦИЕНТ СОПРОТИВЛЕНИЯ НИЖНИХ РОЛИКОВ А5 = ‘ . А5
320 PRINT "КОЭФФИЦИЕНТ СОПРОТИВЛЕНИЯ РАБОЧИХ РОЛИКОВ А6「： Аб
330 PRINT "КОЭФФИЦИЕНТ СО[1РОТИВ；1ЕННЯ KAMI НИЯ 6АРАЕАНА А7 = " . А7
340 PRINT "КПД ПРИВОДА А8=* А8
350 PRINT 'СКОРОСТЬ КОНВЕИЕРА А9 = " . А9 ： "М/С*
360 PRINT "КОЭФФИЦИЕНТ ТРЕНИЯ ЛЕНТЫ ПО БАРАБАНУ С2」.С2
370 PRINT "УГОЛ ОБХВАТА ЛЕНТОЙ ПРИВОДНОГО БАРАБАНА СЗ=” .СЗ. "РАД ”
380 Н I = ROUND(LI ・TAN(B{-3 I 4/18。). 3 )
390 Cl =ROUND(EXR(C2*C3). 3 )
400 A=ROUND( ((A2. A4 )'Ll • A5 - A2'H I )/102,3)
4IOB=ROUND(1*A7.3)
4 20C=ROUND(((AI*A2.A3fLl'A6.(Al.A2}'HJ Ml02 3)
430 FI=ROUND( (A*B.CI/(C1 BL3)
440 F2=ROUND( (FLA) .3)
450 F3 = ROUND( (F2*Bt,3)
460 F4=RQUND((F3.C) .3)
4 70 PRINT/ОС.ТАВ1 10) "РЕЗУЛЬТАТЫ ТЯ1ОВОГО РАСЧЕТА KQHBEHEPa'
480 SELECT PRINT05
490 FOR ЫТ02
500 PRINT •НАТЯЖЕНИЕ ТЯГОВОГО ЭЛЕМЕНТА ЛОТОЧКАМ Fl =】F1 . ^KN F2 ： F2 'KH*
510 PRINT "НАТЯЖЕНИЕ ТЯГОВОГО ЭЛЕМЕНТА ПО ТОЧКАМ F3=* М 'КН F4「F4 "КН"
520 F5 = ROUND( (F4-Fl ). (F4-FI ) • А7.3)
530 PRINT -ТЯГОВОЕ УСИЛИЕ НА БАРАБАНЕ F5= ' F5 *К1Г
540 PI = ROUND(F5・A9/A8 3)
550 PRINT 'МОЩНОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ ПРИВОДА РЬ' PI "КН"
560 SELECT PRINTOC(80)
570 NEXT I
580 END
ШИФР 3333
ТЯГОВЫП РАСЧЕТ ЛЕНТОЧНОГО КОНВЕИЕРА
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ ДЛИНА КОНВЕЙЕРА L1- 34 М
угол наклона конвеиера bi- 15 град
РАСПРЕДЕЛЕННАЯ МАССА ГРУЗА AI- 100 КГ/М
РАСПРЕДЕЛЕННА МАССА ЛЕНТЫ А2- 12K「/М
РАСПРЕДЕЛЕННАЯ МАССА РАБОЧИХ РОЛИКОВ A3, 15 КГ/М
РАСПРЕДЕЛЕННАЯ МАССА НИЖНИХ РОЛИКОВ А4 = 5 5 КГ/М
КОЭФФИЦИЕНТ СОПРОТИВЛЕНИЯ НИЖНИХ РОЛИКОВ А5= 0 022
КОЭФФИЦИЕНТ СОПРОТИВЛЕНИЯ РАБОЧИХ РОЛИКОВ Аб* 6 025
КОЭФФИЦИЕНТ СОПРОТИВЛЕНИЯ КАЧЕНИЯ БАРАБАНА А7= 0 05
КПД ПРИВОДА А8= 0 85
СКОРОСТЬ КОНВЕЙЕРА А9= 1.5 М/С
КОЭФФИЦИЕНТ ТРЕНИЯ ЛЕНТЫ ПО БАРАБАНУ С2= 0 35
УГОЛ ОБХВАТА ЛЕНТОП ПРИВОДНОГО БАРАБАНА СЗ- 3. 14 РАД
РЕЗУЛЬТАТЫ ТЯГОВОГО РАСЧЕТА KOHBEHFPA
натяжение тягового з 人емента по точкам fi - 5 159 KH F2= 4.216 кн
НАТЯЖЕНИЕ ТЯГОВОГО ЭЛЕМЕНТА ПО ТОЧКАМ [3= < 427 KH F4= 15 483 KH
ТЯГОВОЕ УСИЛИЕ НА БАРАБАНЕ F5- Н 356 К"
МОЩНОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ ПРИВОДА PI，20 04 КВТ
Тяговый расчет на ЭВМ цепногопластинчатого конвейера
Постановка задачи. Определить тяговое усилие Ff на приводной звездочке и мощность ^ привода цепного конвейера. Горизонтальная длина наклонного цепного конвейера (по схеме рис. 98) L「= 46 м; угол наклона конвейера р = =15°; вьгсота подъема Я — £г tg р (для горизонтального конвейера Н = 0); средняя линейная плотность на пластинчатом настиле цепного конвейера рг = = 192 кг/м; линейная плотность настила с цепью конвейера рн = 158 кг/м; коэффициент сопротивления качению ходовых роликов конвейера с подшипниками качения ^ан — 0,03; коэффициент сопротивления качению приводных и натяжных звездочек конвейера 左sk = 0,05; скорость движения цепи конвейера V = 0,6 м/с; КПД привода с зубчатым редуктором п = 0,8; минимальное натяжение цегти конвейера Fm[n = 1500 Н. Приводная звездочка располагается в верхней части конвейера, а натяжная ——в нижней части.
Порядок расчета. Для нахождения натяжения гибкого элемента методом обхода контура по точкам на контуре конвейера намечают четыре расчетные то+ ки: точка 1 на сбегающей ветви приводной звездочки конвейера, а точка 4 на набегающей ветви приводной звездочки. На натяжной звездочке соответственно принимают точки 2 и 3. Ввиду того что тяговое усилие в цепном конвейере передается путем зацепления цепи со звездочкой, минимальное натяжение Fmin гибкого элемента может быть принято в точке 1 или 2 в зависимости от угла наклона конвейера. От этого будет зависеть тяговое усилие Ft и мощность привода М
Выбор происходит в результате проверки: если числовой параметр Dy меньше параметра D^ то
(Di = Рн^гАлн) V (5 = РнН)・
Если же (А = Рн^г^ан) > (А = Рн^О» то Fmin = &•
При Fmln = & = 1Е9° Н натяжение в расчетных точках контура конвейера находят из выражений
尸з =尸宮(1 + &о)к)；尸$ = & + (Рг + Рн) 2&(он9,81；
尸工=尸2 ■(рн^г^шн ~ Рн^) 9,81.
При 尸mm — Fj — 1500 H натяжение в расчетных точках контура конвейера находят из выражений:
尸2 н 尸工 + (рН^Г^ШН — Рн^) 9,81；尸3 =尸2 (1 + 左(йк)；
尸4 =尸3 + [(рг + Рн) L「為 сон + (Рр + Рн)团 9,81.
Тяговое усилие (Н) на приводной звездочке
Ft =旧 一 ％) + (尸4 + 尸工)ftfflH.
Мощность привода конвейера (ВТ)
N = FqI%
Составление алгоритма расчета цепного конвейера на языке программирования БЕЙСИК начинается с описания переменных, для чего принимают обозначения идентификаторов по табл. 15.4.
Алгоритм расчета имеет вид:
H1=L1 *TAN(B1 *3.14/18。)；
(D1=A1 *L1 *A3*9.81)<(D2=A1 *H1 *9.81);
(D1=A1 舞LI * A3舞9.81)〉(D2=A1 *H1 *9.81);
F5=F2=15。。；
F3=F2 舞(1+A4);
F4=F3+((A2+A1)*L1 * A3) *9.81 +(A2+A1) *H1 *9.81;
F1=F2—(Al *L1 * A3—Al *H1) *9.81;
F5=F1;
F2=F1+(A1 *L1 舞 A3—Al *H1) *9.81;
Рис. 150. Схема алгоритма тягового расчета цепного пластинчатого конвейера
10 REM ПРОГРАММА 4
20 SELECT PRINTL5
40 INPUT "ВВЕДИТЕ ШИФР'. I
50 PRINT/ОС.ТАВ(Ю);*ШИФР*.1
60 PRD4TTAB(5); -ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ ЦЕПНОГО КОНВЕЙЕРА*
70 PRINT /OS. -ВВОД ИСХОДНЫХ ДАННЫХ"
90 INPUT -ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ ДЛИНА КОНВЕЙЕРА (МГД1
100 INPUT *УГОЛ НАКЛОНА КОНВЕЙЕРА (ГРАДГ.В1
110 INPUT "РАСПРЕДЕЛЕННАЯ МАССА ГРУЗА (КГ/М)*. А2
120 INPUT -РАСПРЕДЕЛЕННАЯ МАССА НАСТИЛА (КГ/М)*.А1
130 INPUT жКОЭФФИЦИЕНТ СОПРОТИВЛЕНИЯ РОЛИКОВ* . АЗ
НО INPUT "КОЭФФИЦИЕНТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗВЕЗДОЧЕК". А4
150 INPUT -СКОРОСТЬ КОНВЕЙЕРА (М/С)*.ВЗ
160 INPUT -КПД ПРИВОДА*.В2
170 INPUT -МАКСИМАЛЬНОЕ НАТЯЖЕНИЕ ЦЕПИ (KH)- .F5
180 SELECT PRINTOC(80)
190 PRINT *ГОРИЗОНТ АЛЬНАЯ ДЛИНА КОНВЕЙЕРА LI-*;L1:"M*
200 PRIKT -УГОЛ НАКЛОНА КОНВЕЙЕРА В1-*:В1 г*ГРАД*
210 PRINT ^РАСПРЕДЕЛЕННАЯ МАССА ГРУЗА А2="; А2「КГ/М"
220 PRINT "РАСПРЕДЕЛЕННАЯ МАССА НАСТИЛА А1-ж; AI; *КГ/М*
230 PRINT 'КОЭФФИЦИЕНТ СОПРОТИВЛЕНИЯ РОЛИКОВ АЗ*"; АЗ
240 PRINT -КОЭФФИЦИЕНТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗВЕЗДОЧЕК А"〕А4
250 PRINT "СКОРОСТЬ КОНВЕЙЕРА В3=": ВЗ; "М/С"
260 PRINT -КПД ПРИВОДА В・2,: В2
270 PRINT -МАКСИМАЛЬНОЕ НАТЯЖЕНИЕ ЦЕПИ F5・，:F5「KtT
280H1-ROUND(L1*TAN(BI*3. l4/180).3t
290 D1=ROUND(A1-L1"A3/I02.3)
300D2*ROUND(A1・HL3>
310 IF DID2THEN370
320 F2-F5
330 F3-ROUND(F2*(1-A4).3)
340 F4-ROUND(F3.((A2.AI )"LI'A3-Al *H1 )/102.3)
350 F1-ROUND(F2-(A1*LI*A3-A1*HI 1/102.3)
360GOTO4I0
370 F1-F5
380 F2-ROUND(F1*(A1*L1«A3-A1*HI 1/102.3)
390 F3-ROUND(F2*( l*A4).3)
400 F4-ROUND(F3*( (A2*AI )"LI «A3* (A2»A1) *H1 )/102,31
^10FOR J%-1TO2
<20 IF J%-2THEN440
<30 SELECT PRINT05
440 PRINT PRINT: PRINT TAB ( I0J: "РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА'
450 PRINT TAB(10);**
460 PRD4T -ВЫСОТА ПОД EMA. M -HI-";H1
470 PRINT *СИЛА СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ. KH -DI-**DI
500 PRINT -FI--：F1. 'F2J.F2
510 PRINT *F3--,F3.-F4-*.H
520 F6«ROUND((F4-Fl)»(H*Fl)"A4.3t
530P1.ROUND(F6*B3/B2.3t
540 PRINT *ТЯГОВОЕ УСИЛИЕ НА ПРИВОДНОЙ ЗВЕЗДОЧКЕ, КН"
550 PRINT 'F3=";F6
560 PRINT "МОЩНОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ ПРИВОДА, КВТ"
570 PRINT -P|.-;PI:SELECT PRINTOC
580 NEXT J%
590 STOP
600 END
ШИФР 4444
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ ДЛИНА КОНВЕЙЕРА L1- ^6M
УГОЛ ^МКЛОНА КОНВЕЙЕРА BI- 15 ГРАД РАСПРЕДЕЛЕННАЯ МАССА ГРУЗА А2- 192 КГ/М РАСПРЕДЕЛЕННАЯ МАССА НАСТИЛА AI- 158 КГ/М КОЭФФИЦИЕНТ СОПРОТИВЛЕНИЯ РОЛИКОВ А3= 0 03 КОЭФФИЦИЕНТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗВЕЗДОЧЕК А4 = 0.05 СКОРОСТЬ КОНВЕЙЕРА ВЗ- 0.6М/С КПД ПРИВОДА В2= 0 8
МИНИМАЛЬНОЕ НАТЯЖЕНИЕ ЦЕПИ F5- I .
РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА
ВЫСОТА ПОДЕМАН1- 12.319 М
СИЛА СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ Dt = 2 138 KH ДВИЖУЩАЯ СИЛА D2- 1946 402 КН
НАТЯЖЕНИЕ ТЯГОВОГО ОРГАНА ПО ТОЧКАМ FI- 18 <45 КН. F2n I 5 КН
F3 = i 575 КН. F4- 48 581 КН
ТЯГОВОЕ УСИЛИЕ НА ПРИВОДНОЙ ЗВЕЗДОЧКЕ F6- 33 487 КН
МОЩНОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ ПРИВОДА PI- 25 115 КВТ
F3=F2 舞(1+А4);
F4=F3+((A2+A1)*L1 * АЗ*(А2+А1) *Н1) *9.8Ц
F6=(F4—F1)+(F4+F1) * А4;
Р1=?6*ВЗ，В2.
Схема алгоритма расчета цепного пластинчатого конвейера при использовании ЭВМ приведена на рис. 150.
В программе 4 дается расчет цепного пластинчатого конвейера на ЭВМ с использованием алгоритмического языка программирования БЕЙСИК.
15.4. Идентификаторы
Идентификатор
Обозначение
Единице! нэмереиия
L1
М
В1
В
Градус
TAN (81*3.14/180)
tg в
Радиан
Я1
кг/м
А2
рр
кг/м
АЗ
闕)h
Безразмерный
44
»
В2
q
ВЗ
D1
D2
尸2
尸3
尸4
尸5
尸6
Pl
Hl
м
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Александров М. ГЕ Подъемно-транспортные машины. M.I Высшая школа, 1985. 520 с.
Александров М. П., Решетов Д. П. Подъемно-транспортиые устройства. Атлас конструкций. М.: Машиностроение, 1987. 122 с.
Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя. М.: Машиностроение, 1979. Т. 1. 520 с.; Т. 2. 559 с.; Т. 3. 527 с.
Баласанян В. Э., Богдюкевич С. В., Шахвердов В. А. Программирование на мнкроЭВМ «Искра-226». М.: Финансы и статистика, 1987. 264 с.
Долин П. А. Справочняк по технике безопасности. М.: Энергоизлат» 1982. 340 с.
Зенков Р. П., Ивашков И. К” Колобов 〃・ Н. Машины непрерывного транспорта. М.: Машиностроение, 1980. 356 с,
Козырев Ю. Г. Промышленные роботы: Справочник. М.: Машиностроение, 1988. 320 с.
Лецик В. И. На службе роботы. Краснодар: Книжное издательство, 1987. 80 с.
Петренко Ю. А. Конвейеры: Справочник. Л.: Машиностроение, 1984. 368 с.
Подня В. А. Погрузочно-разгрузочные машины: Справочник* М.! Транспорт, 1981. 448 с.
Приводы машин: Справочник/Под ред. В. В. Длоугого* Л.： Машиностроение, 1982. 350 с.
Промышленные роботы/Е. М. Канаев, Ю. Г. Козырев, Б. И. Черпаков, В. И. Царенко. М.: Высшая школа, 1987.
Соломенцев Ю. М. Промышленные роботы в машиностроении. Альбом схем и чертежей. М.: Машиностроение, 1987. 139 с.
Спиваковский А. О., Дьячков В. К. Транспортирующие машины. Мл Машиностроение, 1983. 350 с.
Эрлих В. Д. Подъемно-транспортные устройства в легкой промышленности. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. 245 с.
Автопогрузчики
— конструкция 141
—производительность 144
—характеристики 143
Алгоритмы 227—228, 231—232$ 235—
236
Б
Барабаны
—грузоподъемных мзшнн 31
——конструкция 31
——расчет 33, 225
—конвейеров 99
Безрельсовый транспорт см. транс* порт безрельсовый
Блоки
— конструкция 27
—расчет 27
В
Вибрационный конвейер см. конвейер вибрационный
Винтовой конвейер см. конвейер вин- товой
Винты крепежные 34
—расчет 35
Г
Гравитационный транспорт см. транспорт гравитационный
Грузозахватные устройства см. устройства грузозахватные
Грузоподъемность механизмов 220 Грузоподъемные устройства см. уст* ройства грузоподъемные
д
Домкраты
——винтовые 4, 67
—гидравлические 5, 69
—реечные 4, 68
—,расчет 67, 68, 69
3
Захватные устройства см. устройства захватные
Захваты для штучных грузов 36
К
Канатоукладчики 31, 32
Канаты
—пеньковые 24
—стальные 24, 25, 26
—,крепление на барабане 25, 33, 34
—,нормы браковки 203
—,расчет 26
—，характеристика
Ковш
—конвейера 114
—скрепера 144
—элеватора 122
Конвейер
—винтовой 127
——,расчет 128
——,схема 128
—качающийся
—— вибрационный 131
,конструкции 131
,мощность 132
инерционный 130
,конструкция 130
,мощность привода 131
,производительность 131
—ковшовый
— —,конструкция 114
,производительность 115
—ленточный 10
,конструкция 90, 91, 92
——,натяжные устройства 102, 103
——,приводные устройства 100
——,производительность 96
,расчет 214
.,расчет мощности привода 97
,расчет тягового усилия 106
,роликовые опоры 103
,тяговый расчет 234
,тяговые шарнирные цепи 110
——,тяговые элементы 92
— пластинчатый 11, 111
——,расчет настнла 112
—,расчет натяжения цепи 113
? тнговый расчет 238
—подвесной 11
——,автоматическое адресование 118
— —,адресная система 119
——,каретки 117
-,конструкция 116
——,производительность 119
—роликовый 12
Конвейерные ленты см. ленты конвейерные
Кран грузоподъемный £, 76
—мостового типа 77
кабельные 8, 78
козловые 8, 78
мостовые 8, 81
—стрелового типа 7, 76
настенный консольный а пере
менным вылетом 7, 59
—— —— настенный консольный о посто
янным вылетом 7, 62
на поворотной платформе 63
——,металлоконструкция 78
—,схемы 6, 7, 8, 9
Кран—балка
—опорная 7
,расчет 81
—подвесная 7
Крюкн
一 однорогие и двурогие 37
—,расчет 38, 39, 41
—$ характеристика 221
Л
Лебедки 5, 70, 71, 72
—подъемная 5, 6
—с ручным приводом 71
—с электрическим приводом 71
—тяговая 5
—,схемы 6
Ленты конвейерные 92, 93
—,расчет 96
—,характеристика 93, 94
Лнфты 82, 83
一 ловители 84, 85
—привод 84
М
Манипуляторы
—сбалансированные 155, 156
•, система уравновешивания 157
——~, противовесы 160
,пружины 161
,схема пневматической си
стемы 162
—,кинематические схемы 150
一,расчет приводов 151, 153
—,системы координат движения 153
Маишны
—погрузочно-разгрузочные 141
—транспортирующие 87, 124, 138
непрерывного действия 3, 4, 10
периодического действия 3, 4, 10
■, факторы, влияющие на выбор 88
Механизмы грузоподъемных машин 52
—изменения вылета 62
—передвижения 56
,мощность двигателя 59
,расчет 218
Механизмы
—поворота 62
——、мощность привода 65
——,расчет 220
—подъема 53
—машинный привод 16, 17
——一,мощность двигателя 55
— —,передаточное отношение 55
一 一，пусковой момент 54, 55
——,расчет 210
—一》ручной привод 15, 16
О
Опоры
— поворотного крана 63
—роликовые 103
—,характеристика 104, 105
Останов
— роликовый 41
■, расчет 42
фрикционный 41
-храповый 41
П
Погрузчики 10
——конструкция 141, 142, 143
—производительность 144
— характеристики 143
Подвески крюковые 39
—траверсы 40
—,расчет 40
Подъемник 9, 82—86
—скиповый 9, 85
—стоечный 9
―строительный 85
Полиспасты 28—31
Правила Госгортехнадзора 18, 19
Редукторы
•— характеристика 222, 223
Режимы работы 13, 18
Роботы промышленные 10, 145
—,безопасность труда 206
•— напольные
—一 с выдвижной рукой 171, 174
,техническая характеристика 172, 173
с многозвенной рукой 174—178
,схемы 175, 176
,техническая характеристика
175, 176,〔77
—подвесные (тельферного типа) 163
,кинематическая схема 164
——,приводы
гидравлический 178
—―пневматический 184
электрический 186, 190
——электромеханический 187
,передачи 188, 189
—,системы управления 189
—— контурные 198
позиционные 197
——цикловые 191
—,эффективность внедрения 199, 200, 201
Рукоятки лебедой 30
Скреперы 10( 144, 145
Спуски 124
Т
Таль 6, 72—75
—с ручным приводом 72
—с электрическим приводом 73
Техника безопасности 202
—при эксплуатации грузоподъемныя машин 202
—прн эксплуатации непрерывного транспорта 204
Тормоза 42
—двухколодочные 46
,расчет 230
,схема 47, 48
—дисковые 50
,расчет 50
,схема 50
—конические 50
,расчет 51
,схема 51
— ленточные 48
,расчет 49
—一，схема 49
— одноколодочные 43
,расчет 43, 44
,схема 43
—центробежные 52
,расчет 52
,схема 51
—,характеристики 224
Транспорт 13, 138
—безрельсовый 140
—гравитационный 12
—пневматический 133
— —,расчет 136
,скорость воздуха 134
,схемы 135
,типы 134
—рельсовый 138
Труба транспортирующая 13, 129
Устройства
—грузозахватные 35, 36
—грузоподъемные 4, 9, 23, 67—82 загрузочные и разгрузочные ЮЗ, 104
—захватные 166
——,расчет 169, 171, 224
—натяжные 102, 103
—приводные 100
—* классификация 3
ц
Цепи тяговые 22—24, 110
—выбор 23
—схема 110
—характеристика 110
Э
ЭВМ 192
—характеристика 193
Элеваторы 12, 119
—расчет 216
Электродвигатели 17
—характеристика 222
Электрокары 141
Электропогрузчики 141
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение3
Грузоподъемные устройства г , * в . . »> ч . 22
Элементы грузоподъемных устройств ・• • , ® @@*22
Гибкие элементы . . 22
Рабочие органы26
Механизмы грузоподъемныхмашин 52
Основные грузоподъемныеустройства 67
Домкраты67
Лебедки 70
Талн 72
Краны . • • ， • 76
Подъемники . . . . * 82
Транспортирующие машины непрерывного действия с тяговым элементом87
Разновидности транспортирующих машин 87
Типы транспортирующих машин 88
Факторы, влияющие на выбор транспортирующих машин 88
Характеристика транспортируемыхгрузов 89
Ленточные конвейеры 90
Устройство ленточного конвейера . . 90
Тяговые1 элементы ленточных конвейеров 92
Производительность ленточных конвейеров 96
Определение приближенной мощности привода конвейера 97
Барабаны* 99
Приводные устройства. . * 100
Натяжные устройства . 102
Роликовые опоры, загрузочные и разгрузочные устройства 103
Определение тягового усилия ленточного конвейера методом обхода контура по точкам 106
Цепные конвейеры ,“ “ 1°9
Тяговые элементы 1°9
Пластинчатые конвейеры , . . . 111
Ковшовые конвейеры”…114
Подвесные конвейеры"6
Элеваторы *119
Транспортирующие машины непрерывного действия без тягового элемента 124
Гравитационный транспорт 124
.LL Прямолинейные и винтовые спуски 】24
.12 Роликовые конвейеры 126
Винтовые конвейеры и транспортирующие трубы......127
Винтовые конвейеры * 127
Транспортирующие трубы 129
Инерционные конвейеры 13°
Вибрационные конвейеры .............*..131
3.4. Пневматический транспорт 133
Общие сведения: :::133
Типы пневматического транспорта : :::134
Расчет пневматического транспорта ]зб
4・ Транспортирующие машины периодического действия 138
Рельсовый и безрельсовый внутризаводской транспорт .]38
Рельсовый транспорт:::]38
Безрельсовый транспорт :]40
Погрузочно-разгрузочные машины: :::]4]
Погрузчики 141
Скреперы :::144
Промышленные роботы:145
Общие сведения о промышленных роботах 145
Кинематические схемы и устройство манипуляторов . . .150
Подвесные промышленные роботы :163
Захватные устройства ;. . . .166
Напольные работы с выдвижной рукой 171
Напольные промышленные роботы с многозвенной рукой 174
Приводы промышленныхроботов 178
Системы управленияроботами 189
Технико-экономическое обоснование эффективности внедрения робототехники 199
5. Техника безопасности 202
Техника безопасности при эксплуатации грузоподъемных машин 202
Техника безопасности при эксплуатации машин непрерывного транспорта 204
Безопасность трудапри эксплуатациипромышленных роботов 206
Приложения 210
Расчет механизмаподъема 210
Расчет ленточногоконвейера 214
Расчет ковшового элеватора 216
Расчет механизмапередвижения тележки мостового крана 218
Расчет механизмаповорота крана 220
Грузоподъемность (т) механизмов с различными однорогими крюками 220
Размеры и массаоднорогих крюков 221
Характеристика электродвигателей переменного тока закрытого исполнения 222
Характеристика цилиндрических двухступенчатых редукторов 222
Характеристика цилиндрических двухступенчатых горизон* тальных редукторов спередачами Новикова 223
Характеристика редукторов ВКН вертикального типа . . .223
Характеристика тормозов ТКТ с короткоходовым магнитом 224
Характеристика тормозов ТКП с приводом от электромагнита .-, типа МП, •・：：224
Характеристика тормозов с электрогидротолкателями, » .224
Расчет на ЭВМ грузоподъемных и транспортирующих устройств 224
Расчет на ЭВМ барабана механизма подъема телвяСХи электрического мостового крана225
Расчет на ЭВМдвухколодочноготормоза230
Тяговый расчетна ЭВМ ленточного конвейера...л,234
Тяговый расчетна ЭВМ цепногопластинчатогоКонвей* г
ера 238
Список литературы- 242
Предметный указатель 243
ББК 39.9я723 Д60
УДК 621.867.87 (075.32)
Рецензент С. К. Я щенков
Додонов Б. И” Лифанов В. А.
Д60 Грузоподъемные и транспортные устройства: Учебник для средних специальных учебных заведений.——2-е изд, перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1990. —248 с.: ил.—
ISBN 5-217-00867-9
Рассмотрены конструкции современных грузоподъемных н транспортирующих машин, используемых при механизации работ на промышлен» ных предприятиях. Изложены справочные данные о новых стандартных узлах, которые можно использовать при расчетах и курсовом проектировании.
Во втором издании (1-е изд, 1984 г.) расширен раздел о промышленных роботах, приведены программы для расчета основных механизмов машин с использованием ЭВМ.
ДД2705140500—297038 (01Н90 "2705140500—297038 (01Н90 "297—90297—90ВЕК 39.9я723ВЕК 39.9я723
Д
Д
2705140500—297
038 (01Н90 "
2705140500—297
038 (01Н90 "
297—90
297—90
ВЕК 39.9я723
ВЕК 39.9я723
ISBN 5-217-00867-9 © Издательство «Машиностроение», 1984
© Додонов Б. П., Лифанов В. А・，1990