Машиностроение и механика

Article Index
Специальные грузоподъемные машины - Лебедки
Многоскоростные лебедки с планетарным редуктором
Определение мощности двигателей и параметров передач
Лебедки с микроприводом
Лебедки со встроенной в барабан планетарной передачей
Лебедки с повышенной скоростью спуска груза
Грейферные лебедки
Одномоторные лебедки с цилиндрической планетарной муфтой
Определение мощности двигателя, моментов тормозов и параметров передач
Одномоторные лебедки с конической планетарной муфтой
Грейферные одномоторные лебедки с фрикционной муфтой
Примеры конструктивных решений
Двухмоторные лебедки с цилиндрической планетарной передачей и связью замыкающего двигателя с центральным колесом
Двухмоторные лебедки с цилиндрической планетарной передачей и связью замыкающего двигателя с обоймой
Двухмоторные лебедки с независимыми барабанами
Лебедки большой канатоемкости
Кабельные лебедки
Лебедки следящего действия
All Pages

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ МАШИНЫ

ЛЕБЕДКИ

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЛЕБЕДКИ

Номенклатура кранов специальных типов несравненно шире, чем кранов общего назначения. С другой стороны, каждый конкретный тип специального крана предназначен для более локального применения, то есть способен обеспечить выполнение подъемно-транспортных операций в более специализированных условиях, но зато и с большей полнотой, нежели краны общего назначения.

Вследствие специфики своей работы специальные краны, как правило оснащаются специальными грузозахватными устройствами, специальными лебедками и другими механизмами и приспособлениями, не встречающимися в кранах общего назначения.

Их многообразие диктуется необходимостью как выполнения различного вида подъемно-транспортных операций, так и работы с разными типами грузозахватных устройств.

В расчете каждой из типов специальных лебедок имеется много специфики, связанной с особенностями их работы как элемента специального крана.

 МНОГОСКОРОСТНЫЕ ЛЕБЕДКИ

Способы изменения рабочих скоростей

В ряде случаев возникает необходимость, помимо номинальной скорости, иметь еще одну или несколько дополнительных, а именно:

пониженные (установочные) скорости для точной установки грузов при строительных, монтажных и специальных технологических работах;

повышенные скорости для быстрого перемещения грузов малого веса;

повышенные скорости спуска груза.

Изменение рабочих скоростей может быть достигнуто различными способами: регулированием числа оборотов электродвигателей или гидродвигателей, применением многоскоростных двигателей, и, наконец, механическим путем – с помощью специальной конструкции многоскоростной лебедки. Установочную скорость можно получить путем кратковременного периодического включения тормоза. Повышение скорости движения груза пропорционально уменьшению его веса можно получить путем изменения кратности грузового полиспаста.

Выбор того или иного способа решается на основании экономических сравнений с учетом требуемого диапазона изменения скоростей и характера их изменения (бесступенчатое или ступенчатое).

Многоскоростные лебедки с планетарным редуктором

Принцип действия

Кинематическая схема многоскоростной двухмоторной лебедки с планетарным редуктором приведена на рис. 2. Она имеет два двигателя – D₁, который вращает центральное колесо а планетарной передачи, и D₂, вращающий обойму b. Барабан получает вращение от редуктора P, связанного с водилом h. Лебедка этого типа может дать до четырех ступеней скоростей: 1) при совместной работе двух двигателей, когда происходит сложение скоростей на выходном звене (водиле) планетарной передачи; 2) при совместной работе двух двигателей, когда происходит вычитание скоростей на выходном звене; 3) при работе только двигателя D₁; 4) при работе только двигателя D₂. По первому варианту получается наибольшая скорость вращения, по второму – наименьшая.

Планы скоростей планетарной передачи лебедки для указанных четырех вариантов работы приведены на рис. 3. Угловые скорости водила w_h:

(1)
При v_а = v_b имем w_h3 = w_h4. Отклонения v_a и v_b от их номинальных значений может существенно сказаться на их разности, поэтому точность значения w_{h min} зависит от степени жесткости характеристик двигателя.

Рис. 2. Многоскоростная лебедка с планетарным редуктором

Определение мощности двигателей и параметров передач

Мощности двигателей N₁ и N₂ определяют с учетом указанного в задании на проектирование соответствия между реализуемыми скоростями подъема v_п груза и его весами G, например, при одном и том же весе груза G, поднимаемом со скоростями v_Пmax и v_Пmin при совместной работе двух двигателей в сторону подъема N₁h_П1 + N₂h_П2 =Gv_Пmax, а при встречной совместной работе N₁h_П1-N₂/h_П2=Gv_Пmin, так как в этом случае второй двигатель работает в тормозном режиме. Тогда:

где h_П1 и h_П2 – к.п.д. механизма подъема при раздельной работе каждого из двигателей; N₁ и N₂ – соответственно мощности двигателей D₁ и D₂.

Рис.3. Планы скоростей планетарной передачи для многоскоростной лебедки на рис. 2

Так как (см. рис. 2 и 3) v_a=w_д1r_a, v_b=w_д2r_b/u₁₂ и v_п=w_hD_б/2u_полu_рд, где w_д1 и w_д2 – соответственно частоты вращения роторов двигателей D₁ и D₂; r_a и r_b – радиусы делительных окружностей центрального колеса и обоймы; u_рд и u₁₂ – соответственно передаточные числа редуктора Р и от шестерни 1 к колесу 2 (см. рис.2); u_пол – кратность грузового полиспаста; D_б – диаметр барабана по средней линии каната, то, используя соотношения (1), можно получить зависимости:

где p – передаточное число от центрального колеса а к обойме b при остановленном водиле h:

р=|u^h_ab |=z_b/z_a; (2)

z_b и z_a – cоответственно число внутренних зубьев обоймы и центрального колеса. Соответствующее передаточное отношение u^h_ab=w_a/w_b имеем знак минус.

Значение p зависит от числа сателлитов и числа зубьев центрального колеса и сателлитов. Для получения рациональной конструкции рекомендуется 2£ р £ 9, обычно р³3 [21].

Передаточные числа |u^b_ah| и |u^a_bh| связаны с p соотношениями:

|u^b_ah|=1+р, |u^a_bh|=1+1/р. (3)

При одинаковых диаметрах центрального колеса и сателлитов р=|u^h_ab|=3, |u^b_ah|=4, |u^a_bh|=1,33.

Лебедки с микроприводом

Принцип действия

Лебедка с микроприводом и планетарной муфтой (рис. 4) имеет две скорости подъема: основную v_Пmax и установочную v_Пmin. Барабан вращается от главного двигателя D₁ через редуктор Р₁ или от вспомогательного двигателя D₂, который соединен с валом главного двигателя посредством зубчатого или червячного редуктора Р₂, зубчатой муфты МЗ и планетарной муфты. Каждый двигатель имеет свой тормоз (Т₁,Т₂). Тормоз Т₃ установлен на обойме планетарной муфты.

При работе главного двигателя тормоз Т₂ замкнут, Т₁ и Т₃ разомкнуты. Центральное колесо а неподвижно, сателлиты d и обойма b обкатываются вокруг него. При работе двигателя D₂ тормоз Т₃ замкнут, Т₁ и Т₂ разомкнуты. Центральное колесо приводит в движение сателлиты d, которые обкатываются по неподвижной обойме b. Водило h вращает двигатель D₁ с уменьшенной скоростью.

Рис. 4. Двухскоростная лебедка с микроприводом

Если вместо планетарной муфты сделать прямое соединение редуктора Р₂ с двигателем D₁, то при работе двигателя D₂ можно было получить малую скорость; при работе двигателя D₁ груз имел бы большую скорость, но вращаемый двигателем D₁ редуктор Р₂, передаточное число которого не менее 40, вращал бы ротор двигателя D₂ с недопустимой скоростью, что привело бы к его разрушению под действием центробежных сил. Планетарная муфта допускает вращение главного двигателя при неподвижном вспомогательном.

На рис.5 показана конструкция цилиндрической планетарной муфты АО”Подъемтрансмаш”. Водило 4 насажено на вал 5 главного двигателя. Обойма с тормозным шкивом 1 опирается на водило через подшипники 2,3. Подшипники 8,10 центрального вала-шестерни 9 закреплены в водиле 4. На обращенных один к другому торцах гайки 6 и вкладыша 7 имеются шлицы, которыми гайка 6 фиксируется от самоотвинчивания.

Определение мощности двигателей, момента тормоза и параметров передач

Число сателлитов t в цилиндрических планетарных муфтах берется не менее двух для уравновешенности вращающихся масс. Обычно t=2...3. Наиболее компактны конструкции при трех сателлитах. При t>3 затруднено выравнивание нагрузки между сателлитами; центральное колесо приходится делать самоустанавливающимся, опирающимся только на зубья сателлитов. При проектировании планетарных передач надо обеспечить зазор между сателлитами. Сумма чисел зубьев центрального колеса и обоймы должна быть кратна числу сателлитов (условие сборки).

Рис. 5. Планетарная муфта

Расчет на выносливость ведут в предположении о равномерном загружении сателлитов, а расчет на прочность – с учетом перегрузки, возможной, если один из сателлитов не работает из-за неточностей сборки. При назначении допускаемых напряжений для расчета на выносливость поверхностей зубьев надо принять условную частоту вращения центрального колеса n_усл=tn_a, где n_а – фактическая частота вращения; этим учитывают, что зуб центрального колеса за один его оборот входит в зацепление с t сателлитами.

При равномерном нагружении всех сателлитов, отстоящих друг от друга на угол 2p/t, окружные и радиальные усилия на центральном колесе, обойме или водиле уравновешены, и их подшипники не испытывают нагрузок от усилий в зацеплениях. Поэтому давления на подшипники находят в предположении о том, что один сателлит не работает.

Мощность главного двигателя D₁ при подъеме груза весом G определяют по формуле: N₁=Gv_Пmax /h₁, вспомогательного D₂-N₂=Gv_пmin /h₂, причем к.п.д. h₁ ¹ h₂. Передаточное число лебедки при основной скорости u₁=u_рд1 , при установочной скорости u₂=u_рд2u_пмu_рд1, где u_рд1 и u_рд2 передаточные числа редукторов Р₁ и Р₂, u_пм – передаточное число планетарной муфты от центрального колеса а к водилу h (рис. 3) при неподвижной обойме b; u_пм=|u^b_ah|, где |u^b_ah| определяется по выражению (3).

Рассмотрим равновесие окружных сил в планетарной муфте при движении с установочной скоростью v_Пmin и закрытом тормозе Т₃ (рис. 4, 6 , а, б), заменив действия соединенных с ней элементов моментами М₁ и М₂, действующими на валах, соединяющих соответственно двигатель D₁ с водилом h (см. рис. 4) и редуктор Р₂ с центральным колесом а. Направления моментов и окружных усилий при подъеме и спуске одинаково.

Момент М₂ на центральном колесе а (рис. 4, 6, в) уравновешен силами F со стороны сателлитов (при равномерном распределении нагрузки между сателлитами значения сил F равны между собой). Окружное усилие, действующее на каждый сателлит (рис. 4, 6, г) со стороны центрального колеса, численно равно F и противоположно окружной силе центрального колеса.

Рис. 6. Равновесие окружных сил в планетарной муфте

Любой сателлит находится в равновесии под действием сил со стороны центрального колеса, обоймы и водила. Из уравнений равновесия сателлита получаем, что окружное усилие на сателлит в зацеплении с обоймой равно F и направлено в ту же сторону, что и сила F на сателлит в зацеплении с центральным колесом; обе эти силы уравновешены силой 2F, действующей на сателлит от водила. Противоположно направленные силы 2F действуют от каждого сателлита на водило (рис. 6, д), и их момент уравновешен внешним моментом М₁. На обойму (рис. 6, е) действуют усилия F от сателлитов; их момент уравновешен моментом М_T3 тормоза Т₃. Таким образом, имеем уравнения равновесия центрального колеса (4), водила (5) и обоймы (6):

Ft × 0,5d_a=M₂=M_д2u_рд2h_д2-а, (4)

(5)

Ft × 0,5d_b=M_T3, (6)

где t – число сателлитов; М_д2 – момент, развиваемый двигателем D₂; h_д2-а и h_гр-h – соответственно к.п.д. передач от двигателя D₂ до центрального колеса а и от груза до водила h.

Найдя F из соотношения (5), можно вычислить тормозной момент М_Т3 тормоза Т₃ по (6). Тормоз Т₃ выбирают по этому моменту при коэффициенте запаса к_Т=1,25.

 Лебедки со встроенной в барабан планетарной передачей

Лебедка на рис.7 с планетарной передачей, встроенной в барабан Б, обеспечивает одну из скоростей V_{b 3.1} при V_{b 3.2}, в зависимости от того, какой из тормозов Т₁ или Т₂ замкнут.

Передаточное число планетарной передачи u_D-Б = w_D/w_Б, где w_D и w_Б – соответственно частоты вращения двигателя и барабана можно определять на основе формулы Виллиса или, что удобнее, по планам скоростей (рис. 8).

Заторможен тормоз Т₂. w_b2=0. План скоростей для этого случая приведен на рис.8,б. Из геометрических соотношений получим:

Рис.7. Лебедка со встроенной в барабан планетарной передачей

откуда .

Второй случай. Заторможен тормоз Т₁. w_b1=0. План скоростей для этого случая приведен на рис. 8, в.

Рис. 8. Планы скоростей для лебедки на рис. 7

Проводя аналогичные приведенным выше преобразования, найдем для случая, когда тормоз Т₁ заторможен: .

Таким образом, можно получить две скорости груза. Мощность двигателя D подбирается по грузоподъемности крана и наибольшей скорости груза.

 Лебедки с управляемыми электромагнитными муфтами и лебедки с дифференциальным полиспастом

Лебедка с управляемыми электромагнитными муфтами (рис. 9) имеет две скорости в зависимости от того, какая из муфт 1 или 2 включена.

Если грейферные краны, имеющие лебедку с независимыми барабанами, работают в крюковом режиме, то при перегрузке штучных грузов поддерживающий и замыкающий канаты отсоединяются от грейфера и присоединяются к канатам, охватывающим блоки крюковой подвески.

Полученная схема называется лебедкой с дифференциальным полиспастом (рис. 10). При скоростях навивки каната v_к1 и v_к2 на барабаны 1 и 2 можно получить четыре скорости подъема груза v_п: v_п1=0,5v_к1 и v_п2=0,5v_к2 при раздельном вращении барабанов; v_п3=0,5(v_к1+v_к2) и v_п4=0,5(v_к1-v_к2) при совместном вращении барабанов в одном или разных направлениях. При v_к1=v_к2 лебедка получается двухскоростной.

Рис. 9. Лебедка с управляемыми электромагнитными муфтами

Рис. 10. Лебедка с дифференциальным полиспастом

 Лебедки с повышенной скоростью спуска груза

Принцип действия

Эти типы лебедок используются в закалочных кранах, так как для обеспечения равномерной закалки детали подлине и толщине требуется быстрое опускание закаливаемого предмета в охлаждающую жидкость.

При подъеме груза работает двигатель D₁ (рис. 11) тормоз Т₃ замкнут, центральное колесо а₁ неподвижно, двигатель D₂ не работает. При скоростном спуске груза двигатель D₁ не работает, тормоз Т₁ замкнут, обойма b₁ неподвижна, работает двигатель D₂, тормоз Т₂ открыт, вращается центральное колесо а₂, обойма b₂, связанная со шкивом тормоза Т₃, вначале неподвижна. При повороте водила h₂ рычаги 1 и 2 движутся в направлениях, указанных сплошными стрелками, и колодки тормоза Т₃ отходят от шкива. Барабан Б вращается на спуск моментом от веса груза, увлекая во вращение водило h₁ и центральное колесо а₁, связанное со шкивом тормоза Т₃ и обоймой b₂ (направление движения обоймы b₂ показано на рис. 11 штриховой стрелкой). После того, как скорость опускающегося с ускорением груза превысит заданное значение, водило h₂ и рычаги 1 и 2 начнут двигаться в направлениях, указанных штриховыми стрелками на рис. 11; тормоз Т₃ замыкается, удерживая центральное колесо а₁ и барабан Б, то есть происходит подтормаживание, после чего процесс возвращается к исходной ситуации. Груз опускается со скоростью, близкой к постоянной.

2.6.2. Определение мощности двигателей и параметров передач

Рассмотрим основные элементы расчета данной лебедки. Передаточное отношение механизма при подъеме груза u_П:

где n_П.М. и n_{б.П –} соответственно частоты вращения двигателя D₁ и барабана Б; u_р – передаточное число редуктора Р; z'_b1 и z"_b1 – соответственно число внешних и внутренних зубьев обоймы b₁; z_a1, z₅ и z₄ – соответственно числа зубьев центрального колеса а₁, колеса 5 и шестерни 4.

Рис. 11. Лебедка с повышенной скоростью спуска груза

Передаточное число механизма при скоростном опускании груза:

где z_g2 и z_a2 – соответственно числа зубьев сателита g₂ и центрального колеса a₂.

Частота вращения барабана где V – скорости подъема и опускания груза, u_пол – кратность полиспаста механизма подъема.

Мощность двигателя D₁ определяется по грузоподъемности крана и скорости подъема груза, а мощность двигателя D₂ из следующих соображений. Если в начале растормаживания тормоз T₃ заторможен, то заторможена и обойма b₂. Поэтому при вращении колеса а₂ двигателем D₂ сателиты g₂ обкатываются по неподвижным зубьям обоймы b₂. Благодаря этому на оси сателлитов g₂ действуют усилия равные 2F, а на зубья действуют усилия F.

Уравнение моментов сил, действующих на водило h₂:

2K (D_a2 + D_g2) = Fr, где D_a2 и D_g2 – диаметры колес а₂ и g₂, r – плечо приложения силы F. Следовательно: .

Вращающий момент М двигателя D₂: M = KD_a2.

 ГРЕЙФЕРНЫЕ ЛЕБЕДКИ

Требования к грейферным лебедкам

Для управления двухканатными грейферами служат грейферные лебедки, к которым предъявляется ряд требований, как общих, так и специфических.

Схема двухканатного грейфера с за­мыкающим 3 и поддерживающим П канатами дана на рис. 12.

Грейферные лебедки должны удовлетворять общим требованиям к специальным лебедкам. Конструкция грейферной лебедки должна быть блочной; в частности, для кинематической связи между двигателями и барабанами должны, как правило, применяться редукторы, а не открытые зубчатые передачи. Расположение двигателей, тормозов. барабанов, редукторов, число опор осей и валов, размещение и тип соединительных муфт должны при всех вариантах работы исключать статическую неопределимость осей и валов, что важно не с позиции упрощения расчета, а для исключения влияния неточностей изготовления и монтажа на нагруженность элементов лебедки.

Особые требова­ния к грейферным двухбарабанным лебедкам сводятся к следующему: лебедка должна обеспечивать все сочетания вращений замыкающего и поддерживающего барабанов, необходимые для выполнения рабочих операций при черпании, подъеме (спуске) и раскрытии на весу для любого типа двухканатного грейфера; необходимо иметь автоматический (т.е. не требующий от крановщика специальных переключений) переход от черпания к подъему, что особенно важно для условий, когда крановщику не видно место взятия груза.

Рис. 12. Схемы грейферов: двухканатного обычного (а,б) и подгребающего (в).

1 – нижняя траверса, 2 – челюсти, 3 – тяги, 4 – замыкающий полиспаст, 5 – верхняя траверса, 6 – поддерживающие канаты, 7 – поддерживающий барабан, 8 – замыкающий барабан

Рассмотрим более подробно требования к кинематике грейферных лебедок.

Во время черпания замыкающий барабан вращается на подъем, а замыкающий канат 3 (рис. 12) движется вверх.

Поддерживающий канат П должен иметь ограниченное малое натяжение, не мешающее процессу черпания.

Известно, что траектория режущих кромок грейфера при черпании (кривая зачерпывания) однозначно определяется двумя группами фак­торов: геометрическими и весовыми характеристиками грейфера и физико-механическими свойствами материала; при этом единственное управление процессом черпания осуществляется со стороны замыкающе­го каната, стягивающего обе траверсы. От кривой зачерпывания, в ко­нечном счете, зависят траектории всех точек грейферного механизма и, в частности, направление движения верхней траверсы грейфера для любой фазы черпания. Скорость и направление движения поддерживаю­щего каната должны в точности отвечать движению верхней траверсы, к которой поддерживающий канат присоединен. В грейферах обычного типа с кривой зачерпывания, близкой к параболе, верхняя траверса при закрытии грейфера перемещается вниз на величину f (рис. 12, а, б), что должно быть в точности воспроизведено поддерживающим канатом; та­ким образом, в этом случае поддерживающий барабан при черпании дол­жен вращаться на спуск.

Иная картина получается у подгребающего грейфера (рис. 12, в), предназначенного для захвата тонкого слоя матери­ала, распределенного по днищу вагона или трюма судна. Челюсти подгребающего грейфера стягиваются горизонтальным полиспастом замыка­ющего каната 3 (замыкающий барабан вращается на подъем) при почти горизонтальной кривой черпания. Верхняя траверса грейфера, к кото­рой укреплен поддерживающий канат П, во время черпания движется вверх; при этом в поддерживающем канате образуется слабина, которая должна немедленно устраняться вращением поддерживающего барабана на подъем со скоростью, значительно меньшей скорости вращения замы­кающего барабана.

В зависимости от кривой черпания для промежуточных положений грейферных механизмов между началом и концом черпания возможно кра­тковременное движение верхней траверсы в направлениях, противополож­ных указанным на рис. 12. В любом случае движение верхней травер­сы грейфера вверх или вниз следует считать двумя характерными си­туациями, которые могут встретиться при черпании.

Таким образом, при черпании скорость замыкающего каната зада­ется двигателем, а величина и направление скорости поддерживающего каната задаются верхней траверсой грейфера. Для любого типа двухканатного грейфера скорость замыкающего каната при черпании много больше скорости поддерживающего каната.

Подъем груженого грейфера должен начинаться сразу же после закрытия челюстей. В начале этой стадий происходит синхронизация движений обоих канатов, которые в конце черпания, как было выяснено, имели существенно различные скорости. В дальнейшем оба каната дви­нутся вверх с одинаковыми скоростями.

Раскрытие груженого грейфера на весу происходит при встреч­ном относительном движении траверс грейфера, что возможно:

при остановленном поддерживающем канате и движении за­мыкающего каната вниз;

при остановленном замыкающем канате и движении поддер­живающего каната вверх;

при совмещенном во времени движении поддерживающего каната вверх и замыкающего вниз.

Спуск (подъем) порожнего грейфера происходит при соответству­ющем синхронном движении обоих канатов. Для увеличения производи­тельности крана желательно иметь возможность совмещения вертикаль­ного движения грейфера с раскрытием или закрытием, для чего необхо­димо движение обоих канатов с различными скоростями.

Кинематические требования к работе грейферных лебедок предста­влены в таблице.

Остановимся теперь на требованиях к компоновке лебедки, свя­занных с типом крана.

В кранах мостового типа (мостовых, козловых, мостовых перегру­жателях с тележками) канаты идут к грейферу непосредственно с бара­банов лебедки (рис. 13, а).

В стреловых кранах с прямой (рис. 13, б), или сочлененной (рис. 14) стрелами между барабанами и грейфером имеются направляющие блоки. Барабаны могут располагаться соосно (рис. 14, а) или параллельно (рис. 13, 14, б).

Т а б л и ц а

Сочетания движений канатов при операциях с грейфером

Операция	Движение канатов	Примечание
	замыкающего	поддерживающего
Черпание	Вверх	Вниз или вверх	VП<З
Подъем груженого грейфера	Вверх	Вверх	VП=VЗ
Раскрытие на весу	Вниз	Остановлено	VП¹VЗ
	Остановлено	Вверх
	Вниз	Вверх
Спуск (подъем) рас­крытого грейфера	Вниз (вверх)	Вниз (вверх)	VП=VЗ

П р и м е ч а н и е: V_П и V_З – абсолютные значения скоростей поддерживающего и замыкающего канатов.

Соосное расположение барабанов в лебедках стреловых кранов (рис. 14, а) позволяет получить уменьшенные габариты лебедки в направлении стрелы (что важно для уменьшения заднего габарита поворотной части крана) за счет увеличения ее размеров в направлении, перпендикулярном стреле.

Рис. 13. Расположение барабанов и направление канатов в кранах:

а – мостового типа; б – с прямой стрелой

Рис.14. Расположение барабанов и направление канатов в кране с шарнирно-сочлененной стрелой: а – соосное расположение барабанов; б – параллельное расположение барабанов

Тип крана должен учитываться при общей компоновке лебедки и при выполнении расчетов (проверка углов схода канатов с барабанов и блоков; назначение числа направляющих блоков при определении к.п.д. канатной системы и т.д.).

Одномоторные лебедки с цилиндрической планетарной муфтой и связью поддерживающего барабана с водилом

Принцип действия

Рассмотрим вначале структурно более простые одномоторные лебедки. На рис.15 представлена кинематическая схема лебедки с цилиндрической планетарной муфтой и связью поддерживающего барабана с водилом. Замыкающий барабан Б_З связан с двигателем D через редуктор Р₁; в кинематическую цепь, соединяющую двигатель с подъемным барабаном Б_П, встроена планетарная муфта с центральным колесом а, водилом h и обоймой b.

На водиле свободно установлены сателлиты g, находящиеся в зацеплении с колесом a и обоймой b. Тормоз Т₁ помещен в цепи барабана Б_З, тормоз Т₂ связан с барабаном Б_П. Для создания нужного усилия в поддерживающих канатах служит двухступенчатый тормоз Т₃ на обойме.

Рис. 15. Грейферная одномоторная лебедка с цилиндрической

планетарной муфтой и связью поддерживающего барабана

с водилом

Рассмотрим равновесие окружных сил в планетарной муфте, заменив действие соединенных в ней узлов моментами М₁ и М₂ (см. рис. 6). Момент М₁ действует в сечении вала, соединяющего редуктор Р₂ с водилом h, М₂ – соединяющего двигатель D с центральным колесом а. Уравнение равновесия соответственно центрального колеса а (7), водила h (8) и обоймы b (9) будут иметь вид:

М₂ =Ft × 0,5d_a, (7)

M₁=2Ft0,5(d_a+d_g), (8)

М_Т3=Ft × 0,5d_b, (9)

где обозначения аналогичны (4), (5), (6).

Из условия (9) вытекает, что окружные усилия F в зацеплениях планетарной муфты пропорциональны моменту М_T3 затяжки тормоза Т₃ (единственная независимая силовая характеристика) и могут быть определены по формуле:

F=M_T3/t × 0,5d_b; (10)

моменты М₁ и М₂ зависят от F и вычисляются по выражениям (7), (8) с учетом (10). Если, например, тормоз Т₃ не затянут вовсе, то M_Т3=0 и F=0, т.е. планетарная муфта не передает момента на подъемный барабан. При увеличении момента М_Т3 момент М₁, передаваемый на подъемный барабан, возрастает; соответственно возрастет усилие в поддерживающих канатах.

При черпании тормоза Т₁ и Т₂ открыты, барабан Б_З вращается на подъем. Тормоз Т₃ замкнут и создает малый момент I-й ступени.

а) Верхняя траверса грейфера движется вверх. Элементы планетарной муфты вращаются от двигателя D, расходующего часть мощности на преодоление момента окружных сил на центральном колесе. Окружные силы 2F (рис. 6, д), приложенные к водилу, поворачивают водило и подъемный барабан на подъем, устраняя слабину поддерживающего каната.

На рис. 16, а, б даны планы сил и скоростей планетарной муфты; направления сил отвечают направлению усилия в поддерживающих канатах S_п; зубчатая передача, показанная пунктиром, связывает барабан Б_П с водилом.

Рис. 16. Окружные усилия (а) и планы скоростей (б, в, г) для планетарной муфты

лебедки на рис. 15

Скорость v_a задается двигателем. Скорость v_h центра сателлита направлена соответственно вращению водила на подъем, а ее средняя величина за время черпания равна

v_h=fu_рд2/t_з, (11)

где f – ход верхней траверсы за время черпания t_з; u_рд2 – передаточное число редуктора Р₂. Скорость v_b обоймы характеризует проскальзывание поверхности обоймы по колодкам тормоза в направлении против сил трения.

б) Верхняя траверса движется вниз. Поддерживающий канат увлекает барабан Б_п и водило во вращение на спуск. План скоростей дан на рис. 16, в. Средняя величина скорости v_h центра сателлита вычисляется по (11) при соответствующем значении f. Обойма проскальзывает по колодкам тормоза со скоростью v_b, большей, чем в случае а. Двигатель преодолевает момент сил F на центральном колесе а.

После закрытия грейфер поднимается на замыкающих канатах. Барабан Б_п увлекается во вращение на подъем аналогично случаю а при черпании. Переход от черпания к подъему происходит без изменения затяжки тормоза Т₃, и усилия в зацеплениях планетарной муфты и поддерживающем канате не меняются. План скоростей строят аналогично рис. 16, б, но скорость v_h при подъеме возрастает до значения v_пu_рд2, где v_п – скорость подъема. Поскольку скорость вращения двигателя и скорость v_a остались прежними, скорость v_b проскальзывания обоймы должна уменьшиться. Обычно передаточное число редуктора u_рд2 назначают из условия синхронности движения канатов при перемещении раскрытого грейфера, когда обойма остановлена; тогда при подъеме груженого грейфера скорость v_b равна нулю, и скольжения обоймы по колодкам тормоза Т₃ не будет.

Для раскрытия грейфера на весу надо остановить барабан Б_П, для чего замыкается тормоз Т₂ (см. рис. 15); затем открывают тормоз Т₃ и вращают двигатель и барабан Б_З на спуск. Сателлиты вращаются вокруг своих осей, обойма вращается вхолостую. Момент усилий в поддерживающих канатах уравновешен моментом тормоза Т₂, усилий в зацеплениях планетарной муфты нет. При спуске (подъеме) раскрытого грейфера тормоз Т₃ надо замкнуть большим моментом 2-й ступени; затем открывают тормоз Т₂. Грейфер висит на поддерживающих канатах при ослабленных замыкающих. План скоростей дан на рис. 16, г (v_b=0).

Процесс изменения усилий в поддерживающих S_п и замыкающих S_з канатах представлен на рис. 17. При черпании усилие S_п в поддерживающих канатах отвечает 1-й ступени момента М_Т3 тормоза Т₃ (см. рис. 15). Момент М_Т3 при черпании должен быть достаточным для преодоления сил инерции массы барабана, потерь на трение в опорах барабана и момента от веса поддерживающих канатов. Принимается, что этот момент при черпании должен отвечать усилию в поддерживающих канатах, равному 0,1 веса G груженого грейфера.

Рис. 17. Изменение усилий в канатах для грейферной одномоторной лебедки:

__________ – замыкающие канаты; – поддерживающие канаты;

I – зачерпывание; II – подъем груженого грейфера; III – раскрытие грейфера;

IV – перенос раскрытого грейфера

В расчетах канатов лебедок принимают линейное изменение усилия в замыкающих канатах при черпании от нуля до веса G грейфера с материалом.

При подъеме груженого грейфера усилие S_п в поддерживающих канатах остается таким же, как и при черпании, а замыкающие канаты практически воспринимают полный вес грейфера с материалом. При раскрытии сумма усилий во всех канатах равна текущему значению веса грейфера с еще находящимся в нем материалом. Натяжение поддерживающих канатов в конце раскрытия равно весу G_гр пустого грейфера; замыкающие канаты нагружены только собственным весом. Перегрузка поддерживающих канатов в ходе раскрытия, оцениваемая величиной (0,25...0,5) (G-G_гр), возможна вследствии зависания материала в грейфере.

Определение мощности двигателя, моментов тормозов и параметров передач

В лебедке с планетарной муфтой принципиально возможно выравнивание усилий в замыкающем S_з и поддерживающем S_п канатах при подъеме груженого грейфера, для чего надо после отрыва грейфера от материала зажать тормоз Т₃ моментом 2-й ступени. Однако рассчитывать на это не рекомендуется, ибо такое переключение создаст дополнительные трудности для крановщика, которому из кабины трудно точно уловить момент отрыва грейфера.

Мощность N двигателя:

N=Gv_п/h_п, (12)

где h_п – к.п.д. механизма подъема с учетом направляющих блоков. Разрывное усилие замыкающего каната в целом определяется при нормативном коэффициенте запаса прочности и максимальном натяжении каната S_зmax в случае подъема груженого грейфера. Для двухканатных грейферов S_зmax=G/h_нб, для четырехканатных S_зmax=G/2h_нб – к.п.д. всех блоков между грейфером и барабаном. Диаметр подъемного каната выбирается таким же, как замыкающего.

Рабочая (без запасных и крепящих витков) канатоемкость половины подъемного барабана (четырехканатный грейфер) или всего подъемного барабана (двухканатный грейфер) равна высоте подъема грейфера.

Рабочая канатоемкость замыкающего барабана должна быть больше, чем у барабана Б_З, с учетом длины L_о замыкающего каната, вытягиваемой из грейферного полиспаста при закрытии грейфера: L_о=Dh(u_з-1),
где Dh – изменение расстояния между верхней и нижней траверсами грейфера при закрытии, u_З – число ветвей канатов в грейферном полиспасте (при двухканатном грейфере) или их половина (при четырехканатном грейфере).

Редуктор Р₁ (см. рис. 15) выбирают по моменту на тихоходном валу при подъеме груженого грейфера. Редуктор Р₂ проектируют по моменту отвечающему спуску-подъему раскрытого грейфера. Для этой же стадии работы определяют передаточное число u_рд2 редуктора Р₂. При этом частоту вращения n_п барабана Б_П назначают из условия равенства скоростей, замыкающего и поддерживающего канатов. Если диаметры барабанов одинаковы, то n_п=n_з, а частота вращения n_з замыкающего барабана Б_З.определяется в зависимости от его диаметра и скорости подъема.

Передаточное число u от двигателя к барабану Б_П при перемещении раскрытого грейфера u=n_дв/n_п=u_рд2 u_пм, тогда u_рд2=u/u_пм. Передаточное число планетарной муфты u_пм для схемы на рис. 9 равно |u^b_ah| и определяется по выражению (3).

Расчет зубьев планетарной передачи выполняют для перемещения раскрытого грейфера, когда тормоз Т₃ затянут моментом 2-й ступени. Тормоз Т₁ в цепи замыкающего барабана берут с нормативным коэффициентом запаса. Для тормоза Т₂, который можно считать дополнительным, допустимо иметь коэффициент запаса k_т ³ 1,15. Момент I-й ступени тормоза Т₃ определяют по приведеному моменту усилий в поддерживающих канатах от нарузки 0,1G_ГР (без запаса). 2-ю ступень тормоза Т₃ рассчитывают по моменту усилий в поддерживающих канатах от веса G_гр пустого грейфера при k_т ³ 1,15.

Одномоторные лебедки с цилиндрической планетарной муфтой и связью поддерживающего барабана с обоймой

В отличие от лебедки на рис. 15, в лебедке на рис. 18 поддерживающий барабан Б_П вращается от обоймы b, которая при раскрытии грейфера удерживается тормозом Т₂ (на рис. 15 и 18 одинаковые индексы присвоены тормозам, имеющим одинаковое функциональное назначение).

Рис. 18. Грейферная одномоторная лебедка с цилиндрической

планетарной муфтой и связью поддерживающего барабана с обоймой

При черпании и подъеме, а также при перемещении раскрытого грейфера тормоз Т₂ открыт, а двухступенчатый тормоз Т₃ замкнут малым (черпание и подъем) или большим моментом (спуск-подъем раскрытого грейфера).

В этом случае уравнения равновесия центрального колеса а (13), водила h (14) и обоймы b (сравни с (7) – (9)):

М₂=Ft × 0,5d_a, (13)

M_Т3=Ft(d_a+d_g), (14)

М₁=Ft × 0,5d_b. (15)

Окружные усилия F определятся в зависимости от момента затяжки тормоза: F=M_T3/t(d_a+d_g). Передаточное число планетарной муфты в этом случае u_пм=|u^h_ab| и определяется по (2).

Одномоторные лебедки с конической планетарной муфтой и связью поддерживающего барабана с водилом

В лебедке с конической планетарной передачей (рис.19) последняя встроена в редуктор Р₂ и состоит из центральных колес a и b и сателлитов g, которые свободно насажены на ось, закрепленную в водиле h.

Рис. 19. Грейферная одномоторная лебедка с конической

планетарной передачей и связью поддерживающего

барабана с водилом

Колесо a соединено с валом двигателя.

Подъемный барабан Б_п вращается от водила и соединен с ним редуктором Р₂. Тормоз Т₂ на водиле стопорит барабан Б_п при раскрытии. Двухступенчатый тормоз Т₃ поставлен на вал центрального колеса b.

Данная лебедка по принципу действия и назначению элементов аналогична лебедке по рис. 15, причем функции обоймы b выполняет колесо b.

Действие окружных сил в зацеплениях показано на рис. 20. Окружные силы, каждая из которых равна F, для зафиксированного на рис. 20 положения перпендикулярны чертежу и направлены к читателю (обозначены точкой) или от читателя (обозначены крестом).

Рис. 20. Окружные усилия для планетарной муфты лебедки на рис.19

Окружные силы, действующие на колесо a, уравновешены моментом М₂ в сечении вала, соединяющего это колесо с двигателем. Момент сил F, передаваемых на водило сателлитами, уравновешен моментом окружной силы М₁/0,5d_ш, где М₁=S_пD_бu_рд2/2h_рд2 – момент на валу шестерни редуктора Р₂, установленной на водиле, а d_ш – диаметр шестерни. Момент окружных сил на колесе b уравновешен моментом тормоза T₃.

Можно записать уравнения равновесия для колеса a – М₂=Ft × 0,5d_a, для водила – М₁=2Ft × 0,5d_b, для колеса b – М_Т3=Ft×0,5d_b (cравни с (7), (8), (9)). С учетом этого описание работы лебедки на рис.15 относится и к рассматриваемой лебедке с конической планетарной передачей.

Для конической планетарной передачи на рис.19 передаточное число от центрального колеса a к колесу b при остановленном водиле h:
р = |u^h_ab| = z_b/z_a. Соответствующее передаточное отношение u^h_ab < 0. Передаточное число |u^b_ah| = 1+р.

 Одномоторные лебедки с конической планетарной муфтой и связью поддерживающего барабана с центральным колесом

Грейферная лебедка с конической планетарной муфтой на рис.21 структурно аналогична лебедке на рис.18.

Рис. 21. Грейферная одномоторная лебедка с конической планетарной

муфтой и связью поддерживающего барабана с центральным колесом

Как и в последней, включаемый при черпании, подъеме груженого грейфера двухступенчатый тормоз Т₃ установлен на водиле; тормоз Т₂, замкнутый при раскрытии грейфера, установлен на валу колеса b, функционально соответствующего обойме цилиндрической планетарной передачи.

Грейферные одномоторные лебедки с фрикционной муфтой

Устройство и работа лебедки

Одномоторная лебедка с фрикционной муфтой (рис. 22, а) имеет один двигатель Э,который через редуктор Р₁ жестко связан с замыкающим барабаном З.

Поддерживающий барабан П свободно установлен на валу, связан­ном с двигателем Э через редуктор Р₂ и зубчатую муфту М3. Левый диск фрикциона Ф жестко связан с барабаном П. Правый диск фрикци­она Ф установлен на валу поддерживающего барабана и связан с ним шпоночным или шлицевым соединением. Прижатие дисков фрикциона друг к другу осуществляется пружиной П_Р или рычагом, управляемым от ма­гнита или толкателя ГТ. При замыкании пружиной фрикцион способен передавать малый момент, при замыкании рычагом – большой момент.

Рассмотрим работу лебедки по стадиям работы грейфера.

Черпание. Тормоз Т₁ открыт, барабан 3 вращается на подъем. Фрикцион Ф замкнут малым усилием, создаваемым пружиной П_Р; давление рычага ГТ на фрикцион отсутствует.

Рис. 22. Схемы одномоторных грейферных лебедок: а – с фрикционной муфтой; б – с двумя независимыми фрикционами

Верхняя траверса грейфера движется вверх (рис. 12,в). Правый диск фрикциона, вращающийся на подъем от двигателя Э, увлекает за собой барабан П, который, вращаясь на подъем с меньшей скоростью, наматывает на себя высвобождающийся поддерживающий канат, исключая образование его "слабины" (как иногда говорят, происходит выбор слабины поддерживающего каната). При этом частота вращения n_Ф правого диска фрикциона равна (рис. 23,а) n_Ф = n_Э/i_P2, а средняя, частота вращения n_Б поддерживающего барабана за время t_З замыкания грейфера составляет n_Б = f/t_З < n_Ф , где n_Э – частота вращения двигателя; i_Р2 – передаточное число редуктора Р₂; f – ход верхней траверсы грейфера за время черпания (рис. 12).

Рис. 23. Направления вращения элементов поддерживающего барабана и фрикциона: а – черпание (подъем верхней траверсы); б – черпание (спуск верхней траверсы); в – подъем груженого грейфера; г – раскрытие грейфера

Верхняя траверса грейфера движется вниз (см. рис. 12, а). Правый диск фрикциона Ф вращается на подъем от двигателя. Поддерживающий канат, следуя за верхней траверсой, движется вниз и увлекает барабан П во вращение на спуск (рис. 23, б).

Видно, что при черпании всегда имеется скольжение дисков фрик­циона друг по другу.

Подъем груженого грейфера. После закрытия челюстей грейфера происходит отрыв грейфера от материала и его подъем на замыкаю­щих канатах. Барабан П увлекается во вращение на подъем аналогич­но случаю «а» при черпании. Частота вращения поддерживающего ба­рабана, задаваемая фрикционом Ф, будет отвечать скорости подъема грейфера на замыкающих канатах (рис. 23, в).

Раскрытие грейфера на весу. В случае лебедки с фрикционной муфтой для раскрытия грейфера возможен только вариант управления с остановкой барабана П и вращением на спуск барабана 3. Для ос­тановки поддерживающего барабана включается тормоз Т₂. Двига­тель Э и барабан 3 вращаются на спуск. Правый диск фрикциона вра­щается на спуск; левый диск фрикциона, связанный с поддерживающим барабаном, неподвижен (рис. 23, г). Между дисками происходит сколь­жение.

Спуск (подъем) раскрытого грейфера. Для перехода к верти­кальному перемещению раскрытого грейфера нужно вначале замкнуть фрикцион толкателем ГТ и увеличить передаваемый фрикционом мо­мент, а затем выключить тормоз Т₂ (обратный порядок выключения тормоза и включения толкателя недопустим, т.к. сразу же после выключения тормоза Т₂ грейфер закроется под действием веса челюстей и повиснет на замыкающих канатах).

Изменение усилий в канатах при выполнении рабочих операций с грейфером показано на рис. 17.

При черпании усилие в поддерживающем канате отвечает первой ступени момента фрикциона (рис. 22, а): .

Момент фрикциона М_Ф при черпании должен быть достаточным для преодоления инерции массы барабана, потерь на трение в подшипниках барабана, а также момента от веса поддерживающих канатов. Обычно принимается, что момент фрикциона при черпании должен соответство­вать усилию в поддерживающем канате, равному 0,1 от веса груженого грейфера.

Примеры конструктивных решений

В рассмотренном варианте конструкции лебедки (см. рис. 22,а) для передачи вращения к обоим барабанам могут быть применены нормаль­ные, серийно выпускаемые редукторы. Двухопорный выходной вал ре­дуктора Р₂ соединяется с двухопорным валом барабана П посредст­вом зубчатой муфты М₃, имеющей два зубчатых зацепления. Это обес­печивает статическую определимость всего вала (два шарнира при четырех опорах), что важно не с позиции упрощения расчета, а для нормальной работы в условиях неизбежных несоосностей и перекосов вала редуктора и вала барабана.

Включаемый при раскрытии грейфера тормоз Т₂ установлен непосредственно на барабан П. Довольно значительная величина тормоз­ного момента этого тормоза, нужная для удержания грейфера с еще не высыпавшимся материалом, просто реализуется, если тормоз Т₂ вы­полнен ленточным; при этом усилие прижатия ленты к барабану пере­дается на вал через ступицы барабана и далее воспринимается дву­мя подшипниками вала. Применение колодочного тормоза Т₂ в этой схеме часто невозможно, поскольку момент, создаваемый даже самыми крупными колодочными тормозами может быть меньше, чем это требуется для удержания грейфера при раскрытии. Кроме того, при замкну­том колодочном тормозе система вала и барабана является трехопорной и величины нагрузок на подшипники вала становятся статически неопределенными, зависящими от отклонений при сборке.

Двухступенчатый фрикцион Ф, затягиваемый пружиной Пр (малый момент) или толкателем ГТ (большой момент), позволяет получить ве­сьма компактную конструкцию. Недостатком такой схемы является на­личие рычажной системы для передачи усилия толкателя ГТ на трущиеся поверхности фрикциона. Эта рычажная система, условно показанная на рис. 22,а в виде только одного рычага, на самой деле получается мно­гозвенной и многошарнирной (см. далее рис. 26), что усложняет как конструкцию лебедки, так и ее эксплуатацию.

Необходимость в рычажной системе отпадает, если вместо двух­ступенчатой фрикционной муфты применить два независимых фрикциона. Такой вариант показан на рисунках 22, 17 и 24. Фрикцион Ф (рис. 24), постоянно за­тянутый пружиной Пр1, обеспечивает работу лебедки при черпании и подъеме, создавая ограниченное малое усилие в поддерживающем кана­те. Для обеспечения подъема-спуска раскрытого грейфера служит многодисковая управляемая муфта УМ, диски которой через один свя­заны с валом и с барабаном посредством шпонок, шлицов, пальцев и т.д. Контакт между дисками осуществляется пружиной Пр2 при выклю­ченном магните Мг. При подаче тока в обмотку электромагнита, закре­пленную на корпусе муфты УМ, якорь магнита, связанный с крайним ди­ском, смещается вправо, дополнительно сжимая пружину Пр2 и устраняя прижатие дисков друг к другу.

Величины моментов муфты УМ (см. рис. 24), второй ступени фрикциона (см. рис. 22) и тормоза Т₂ получаются весьма значительными. По-этому рассмотренные конструкции лебедок с расположением фрикционных муфт и тормоза Т₂ на барабане применимы для кранов малой грузо­подъемности (обычно не более 5...8 тонн).

Рис. 24. Узлы одномоторной лебедки с двумя независимыми фрикционами

При большей грузоподъем­ности решение получается конструктивным, если фрикционные муфты установлены на промежуточном или входном валу редуктора Р₂, который в этом случае становится специальным. Такое решение показано на рис. 25; управление этой лебедкой аналогично управлению лебедкой по рис. 22,а.

Рис.25. Узлы одномоторной лебедки с фрикционом на первом валу

На рис. 26 показана конструкция лебедки с размещением двух­ступенчатого фрикциона между двигателем и редуктором Р₂ (в этом случае редуктор Р₂ может быть выполнен нормальным).

Рис. 26. Узлы одномоторной лебедки с фрикционом между двигателем и редуктором

Малый момент первой ступени фрикциона создается пружиной. Для создания момента второй ступени применена рычажная система, управляемая от гидротол­кателя ГТ. При включении толкателя его шток движется вверх, а тол­катель и звенья 1,2,3,4 рычажной системы перемещаются в направле­ниях, показанных на рис. 26 стрелками, причем величина этих переме­щений соответствует зазорам в кинематической цепи. В результате рычаги 4 снимают диски фрикциона усилиями Р, создающими момент второй ступени фрикциона.

На рис. 27, 28 показан вариант лебедки с одноступенчатым фрик­ционом Ф и специальным редуктором.

Рис. 27. Схема лебедки с одноступенчатым фрикционом и специальным редуктором

Зубчатая шестерня 1 способна перемещаться по шлицам промежуточного вала редуктора и может на­ходиться в зацеплении с колесами 2 или 3 на выходном валу редукто­ра. В положении, показанном на рис. 27, 28, шестерня 1 сцеплена с ко­лесом 2, и момент передается от двигателя к поддерживающему бара­бану, минуя фрикцион Ф; при этом производятся операции по перемеще­нию раскрытого грейфера. При зацеплении шестерни 1 с колесом 3 мо­мент, поступающий на поддерживающий барабан, ограничен моментом фрик­циона Ф; при этом выполняются черпание и подъем груженого грейфе­ра. Перевод шестерни 1 из одного рабочего положения в другое осу­ществляется рычажной системой, управляемой, например, от гидротолка­теля ГТ (рычажная система на рис. 27, 28 не показана).

Рис. 28. Узлы лебедки со схемой по рис. 27

Расчет фрикционов. Первая ступень фрикциона Ф рассчитывается по приведенному к валу фрикциона моменту от усилия в поддерживающих канатах, равного 0,1G_ГР.

Вторая ступень фрикциона Ф (см. рис. 22, 25, 26) или муфта УМ (см. рис. 24) рассчитываются по моменту от усилия в поддерживающих канатах, вы­зываемого весом порожнего грейфера G_ГР.

 Двухмоторные лебедки с цилиндрической планетарной передачей и связью замыкающего двигателя с центральным колесом

Принцип работы

В грейферной двухмоторной лебедке с цилиндрической планетарной передачей (рис.29) подъемный двигатель D₂ связан с подъемным барабаном Б_П. Замыкающий двигатель D₁ связан с центральным колесом а планетарной передачи, замыкающий барабан Б_З вращается от водила h. Обойма b связана с подъемным двигателем D₂; она имеет внутренние зубья для зацепления с сателлитами g и наружные зубья для зацепления с шестерней 1, вращающейся от двигателя D₂. Управление лебедкой осуществляется тормозами Т₁ и Т₂.

Рис. 29. Грейферная двухмоторная лебедка с цилиндрической планетарной передачей и связью замыкающего двигателя с центральным колесом

Рис. 30. Окружные усилия для планетарной передачи грейферной двухмоторной лебедки

При черпании поддерживающие канаты ослаблены, двигатель D₂ не работает, тормоз Т₂ замкнут, работает двигатель D₁ при открытом тормозе Т₁. Барабан Б_З вращается от водила h. Рассмотрим равновесие окружных сил в планетарной передаче (рис. 6, а-д, 30). М_{2 –} момент в сечении вала, соединяющего замыкающий двигатель D₁ с колесом а; М₁ – момент в сечении вала, соединяющего редуктор Р₁ с водилом h. Тогда для центрального колеса a и водила h справедливы уравнения равновесия (7) и (8). Момент сил F, действующих на обойму сателлитов (рис.18), равен 0,5Ftd_b и уравновешен моментом окружного усилия F_o в зацеплении шестерни 1 с наружными зубьями обоймы. Уравнение равновесия обоймы:

0,5F_od₂ = 0,5Ftd_b, (16)

где d₂ – диаметр начальной окружности наружного венца обоймы.

Окружные силы F и F_о определяют из условия равновесия водила. В конце черпания, когда грейфер с грузом висит на замыкающих канатах, момент окружных сил, приложенных к водилу, равен:

2Ft×0,5(d_a + d_g)=G×0,5D_Б / u_рд1h_рд1h_нб, (17)

где D_Б – диаметр барабана, Б_З, h_рд1 и h_нб – соответственно к.п.д. редуктора Р₁ и направляющих блоков. Усилие F_о должно составлять F_o=Ftd_b/d₂ (см. рис.17).

Окружные силы в зацеплениях при черпании растут пропорционально усилиям на режущих кромках грейфера. Однако, как видно из (16), значение сил F ограничено моментом сил F_о на обойме. При черпании обойма, удерживаемая усилием F_о, является опорой, от которой отталкиваются сателлиты, заставляя водило поворачивать барабан Б_З на подъем. В свою очередь, момент усилия F_o , приложенного к шестерне 1 со стороны наружного венца обоймы, при черпании уравновешен моментом тормоза Т₂. Тем самым момент тормоза Т₂ при черпании не должен быть менее

М_T2 ³ F_o×0,5d₁k_т, (18)

где d₁ – диаметр начальной окружности шестерни 1; k_т – нормативный коэффициент запаса торможения. Отсюда ясно различие в работе одно – и двухмоторных лебедок. В одномоторной лебедке в ходе черпания в поддерживающем канате сохраняется постоянное малое натяжение. В двухмоторной лебедке это невозможно, так как тормоз Т₂ замкнут постоянным моментом (18). Возможно лишь периодическое устранение слабины поддерживающего каната во время черпания; для этого тормоз Т₂ размыкают и кратковременно включают на подъем двигатель D₂, который развивает момент, достаточный и для устранения слабины поддерживающего каната, и для удержания обоймы.

При подъеме груженого грейфера двигатель D₁ выключен, тормоз Т₁ замкнут, тормоз Т₂ открыт, работает подъемный двигатель D₂. Вращение от двигателя D₂ передается водилу h и барабану Б_З. При этом от шестерни 1 приводится во вращение обойма b, а сателлиты g обкатываются по неподвижному колесу a. Уравнения равновесия обоймы (19), водила (20) и центрального колеса (21):

0,5F_od₂ = 0,5Ftd_b, (19)

2Ft×0,5(d_a+d_g) = S_з×0,5D_Б/u_рд1h_рд1, (20)

0,5Ftd_a = М_Т1, (21)

где S_З – усилия в замыкающих канатах, М_Т1 – момент затяжки тормоза Т₁ при подъеме груженого грейфера. Окружные усилия F определяют из (21) в зависимости от момента М_Т1: F = M_Т1/0,5d_at. В зависимости от величины момента М_Т1 изменяется распределение мощности двигателя D₂ между барабанами. Чтобы натяжения поддерживающего и замыкающего канатов при подъеме груженого грейфера были одинаковы, нужно замкнуть тормоз Т₁ моментом, равным:

М_Т1 = 0,5Ftd_a, (22)

где F определяют из условия равновесия водила (20) при усилии S₃ в замыкающих канатах, равном 0,5G.

В начале подъема, когда поддерживающие канаты не полностью вступили в работу, имеет место проскальзывание шкива тормоза T₁ по колодкам, которое прекращается, когда натяжение замыкающих канатов уменьшится до S_З = 0,5G.

Подчеркнем, что тормоз Т₁ надо выбирать или регулировать по моменту (22) при коэффициенте запаса торможения k_т = 1; если принять k_т>1, то усилия в поддерживающих канатах возрастут до k_т×0,5G, т.е. выравнивания усилий в канатах не будет.

Для автоматического включения подъемного двигателя в конце черпания и выключения его в конце раскрытия грейфера применяют дифференциальные переключатели (механические [21], сельсинные). При раскрытии грейфера на весу возможно совмещение работы двигателей. В конце раскрытия грейфер висит на поддерживающих канатах при ослабленных замыкающих. Спуск и подъем раскрытого грейфера производят при работающем двигателе D₂ и закрытом тормозе Т₁, замыкающие канаты ослаблены, усилий в зацеплениях планетарной передачи нет. Обойма, вращаясь от шестерни 1, заставляет сателлиты обкатываться по неподвижному колесу а, водило h вращает замыкающий барабан синхронно с подъемным.

 Определение мощностей двигателей, моментов тормозов и параметров передач

Изменение усилий в канатах показано на рис.31. При подъеме груженого грейфера сумма усилий в замыкающих и поддерживающих канатах равна G, а нагрузка на какую – либо из групп канатов составляет (0,4¸0,6)G вследствие неточной регулировки тормоза Т₁ и изменчивости его момента, например, в зависимости от изменения атмосферных условий.

Мощность N подъемного двигателя D₂ определяют по (12). Мощность N₁ замыкающего двигателя D₁ назначают как 0,5N при равных скоростях черпания и подъема; в конце черпания двигатель D₁ кратковременно перегружен, что допустимо. Канаты рассчитывают при подъеме груженого грейфера. Статическое усилие S_max в канате в месте набегания каната на барабан для двухканатного грейфера S_max = G/2h_нб, для четырехканатного S_max = G/4h_нб. Кратковременная перегрузка замыкающих канатов в конце черпания и поддерживающих в начале раскрытия (рис. 31) перекрывается запасом прочности.

Редуктор Р₂ (см. рис. 29) рассчитывают по максимальному моменту, отвечающему раскрытию грейфера, когда в поддерживающих канатах достигается максимум нагрузки (рис. 31).

Рис. 31. Изменение усилий в канатах для грейферной двухмоторной лебедки:

– замыкающие канаты; – поддерживающие канаты;

I – зачерпывание; II – подъем груженого грейфера; III – раскрытие грейфера;

IV – перенос раскрытого грейфера

Расчет на сопротивление усталости передач редуктора Р₂ производят по эквивалентному моменту либо для случая подъема груженого грейфера. Редуктор Р₁ выбирают или рассчитывают на прочность по максимальному моменту в конце черпания. Расчет на сопротивление усталости, как и для передач привода подъемного барабана, можно проводить для случая подъема груженого грейфера.

Передаточное число редуктора Р₁ определяют для подъема груженого грейфера из условия синхронности движения канатов. Частоты вращения подъемного n_п и замыкающего n_з барабанов находят по заданной скорости подъема грейфера и диаметрам барабанов. Общее передаточное число от двигателя D₂ к замыкающему барабану Б_З при подъеме груженого грейфера u = n_д2/n_з = u₁₂u_пu_рд1, где u₁₂ – передаточное число от двигателя D₂ к обойме b, u_п – передаточное число планетарной передачи, u_рд1 – передаточное число редуктора Р₁. В схеме на рис.19 передаточное число от обоймы к водилу при неподвижном центральном колесе u_п = |u^a_bh| определяется по формуле (3). Так как u_рд2 = n_д2/n_п, то для синхронности движения подъемных и замыкающих канатов необходимо u_рд1 = u_рд2/u₁₂u_п. Вначале принимают u₁₂ = 4¸6, а затем это значение уточняется при компоновке.

Тормоз Т₂ рассчитывают на момент от веса G при нормативном коэффициенте запаса, тормоз Т₁ – на момент от усилия в замыкающих канатах, равного 0,5G (подъем груженого грейфера) при коэффициенте запаса торможения, равном единице.

Двухмоторные лебедки с цилиндрической планетарной передачей и связью замыкающего двигателя с обоймой

В лебедке с цилиндрической планетарной передачей на рис. 32 замыкающий двигатель D₁ вращает обойму b, подъемный двигатель D₂ – центральное колесо а, а замыкающий барабан Б_З вращается от водила h. В конце черпания соблюдаются условия равновесия звеньев планетарной передачи – водила h в виде (20), обоймы b:

Ft×0,5d_b = M_D1, (23)

центрального колеса а:

Ft×0,5d_a = M_Т2 (24)

Рис. 32. Грейферная двухмоторная лебедка с цилиндрической

планетарной передачей и связью замыкающего

двигателя с обоймой

Окружное усилие F находится из (17), после чего тормоз Т₂ выбирается по моменту М_Т2 (24) с нормативным коэффициентом запаса торможения.

Условия равновесия звеньев планетарной передачи при подъеме груженого грейфера запишутся в виде – водила h(20), обоймы b:

Ft×0,5d_b = M_T1, (25)

центрального колеса a:

Ft×0,5d_a = М_D2. (26)

Усилие F следует найти из (20) при S_З = 0,5G, после чего тормоз Т₁ выбирается по (25) при коэффициенте запаса торможения, равном единице.

 Двухмоторные лебедки с конической планетарной передачей и связью замыкающего двигателя с центральным колесом

На рис. 33 представлена схема грейферной лебедки, которая по принципу действия и функциональному назначению элементов аналогична лебедке на рис. 29. Функцию обоймы b цилиндрической планетарной передачи выполняет колесо b конической планетарной передачи. Уравнение равновесия водила h в конце черпания по аналогии с выражением (17):

2Ft×0,5d_a = G×0,5D_Б/u_рд1h_рд1h_нб. (27)

Рис. 33. Грейферная двухмоторная лебедка с конической планетарной

передачей и связью замыкающего двигателя с центральным колесом

Из формулы (27) определяется усилие F, после чего необходимый тормозной момент М_T2 тормоза Т₂ находится из условия:

М_T2 ³ Ft×0,5d_bk_т (28)

Уравнения равновесия звеньев конического дифференциала при подъеме груженого грейфера – центрального колеса a (21),центрального колеса b:

Ft×0,5d_b = S_п×0,5D_б/u_рд2h_рд2, (29)

водила h:

2Ft×0,5d_a = S_з×0,5D_б/u_рд1h_рд1. (30)

Приняв S_п = S_з = 0,5G, можно из (29) или (30) найти значение окружного усилия F и затем по (21) определить момент М_T1 тормоза Т₁, необходимый для выравнивания усилий в канатах при подъеме груженого грейфера.

 Двухмоторные лебедки с конической планетарной передачей и связью замыкающего двигателя с водилом

В лебедке по схеме на рис. 34 с конической планетарной передачей замыкающий двигатель D₁ вращает водило h, подъемный двигатель D₂ – центральное колесо b, а замыкающий барабан Б_З связан с центральным колесом a.

Рис. 34. Грейферная двухмоторная лебедка с конической планетарной

передачей и связью замыкающего двигателя с водилом

Уравнения равновесия звеньев планетарной передачи составляются по аналогии с выше рассмотренными схемами лебедок.

Двухмоторные лебедки с независимыми барабанами

Двухмоторная лебедка с независимыми барабанами состоит из двух однобарабанных лебедок; одна из них управляет замыкающим канатом, а другая – поддерживающим. При черпании работает только замыкающая лебедка, тормоз поддерживающей лебедки открыт для поддержания слабины каната. При подъеме груженого грейфера работают обе лебедки. В начале подъема двигатель поддерживающей лебедки нагружен меньше и вращается быстрее, поддерживающий канат движется с некоторым опережением и принимает на себя часть веса груженого грейфера; скорости канатов и двигателей выравниваются, когда нагрузки на канаты становятся одинаковыми.

Своевременное включение поддерживающего двигателя при переходе от черпания к подъему осуществляет дифференциальный переключатель (механический, сельсинный и др.), работающий в функции разности длин канатов, намотанных на замыкающий и поддерживающий барабаны, и переключающий двигатели в конце закрытия или раскрытия грейфера. В зависимости от системы управления переходом от черпания к подъему меняются динамические нагрузки на конструкцию крана при отрыве грейфера.

Мощности двигателей принимаются одинаковыми и равными 0,6N, где N – мощность, необходимая для подъема груженого грейфера

Натяжения канатов изменяются соответственно рис. 31, неодинаковость натяжений канатов и несинхронное вращение двигателей при перемещении раскрытого грейфера может привести к некоторому закрытию грейфера; этот недостаток устраняется с помощью специальной электросхемы управления.

Сравнение конструкций грейферных лебедок

Одномоторные лебедки проще по устройству, дешевле, требуют меньшего расхода энергии (мощность двигателя N по (12)), тогда как на двухмоторных лебедках суммарная установленная мощность двигателей 1,2N... 1,5N. Но одномоторные лебедки менее маневренны и не допускают совмещений движений канатов, что снижает производительность крана. Планетарные передачи требуют большой точности при изготовлении и сборке; регулировка взаимного положения их элементов затрудняет ремонт. Наибольшее распространение получили лебедки с независимыми барабанами. Реже применяют лебедки с планетарной связью.

ЛЕБЕДКИ БОЛЬШОЙ КАНАТОЕМКОСТИ

Необходимость применения

Условия эксплуатации некоторых типов грузоподъемных машин требуют большой длины подъемного каната, исчисляемой сотнями метров. Примерами машин такого рода являются башенные краны с большой высотой подъема, шахтные краны, судостроительные краны с высокой кратностью полиспаста, буксирные и траловые лебедки, судоподъемники и т.д. Использование в таких случаях обычных канатных барабанов со спиральной нарезкой при однослойной навивке каната потребовало бы неприемлемого увеличения диаметра и длины барабана. В то же время применение коротких барабанов и многослойной навивки канатов затрудняется тем, что при значительном усилии в канате внутренние витки многослойно навитого каната будут испытывать большое давление со стороны наружных витков, что приведет к деформации и повреждению канатов, врезанию витков друг в друга.

Поэтому рационально применение лебедок, в которых канат поступает в канатосборное устройство не с номинальным, а значительно меньшим натяжением, когда можно успешно реализовать многослойную навивку. Этот эффект реализуется в перематывающих лебедках.

 Перематывающие лебедки с канатосборным барабаном

Принцип действия

Перематывающая лебедка (рис. 35,а) состоит из двух жестко связанных между собой зубчатыми колесами 3,5,7 барабанов 1 и 2 с кольцевыми (а не винтовыми) нарезками, которые являются по существу многожелобчатыми приводными блоками. Канат поступает в лебедку из грузового полиспаста с натяжением S_m (рис. 36,а), набегает на барабан 1, сбегает с барабана 2 и поступает через канатоукладчик 19 на канатосборный барабан 16 с натяжением S₀. Передача усилий от барабана к канату происходит за счет сил трения. Сцепление каната с барабаном будет достаточным для подъема груза весом G, если в выходящей из лебедки ветви каната действует определенное усилие S₀, которое при принятом числе витков каната нужно для создания в первой ветви каната усилия S_m. Если усилие S₀ внезапно почему-то уменьшится, то произойдет падение груза.

Рис. 35. Перематывающая лебедка с канатосборным барабаном

Натяжения ветвей каната создают значительные стягивающие силы и вызывают существенный изгиб барабанов. Для разгрузки валов и опор барабанов между барабанами располагаются распорные катки 6, на которые опираются бандажи барабанов 4,8. Диаметры бандажей 4,8 и диаметры зубчатых колес 3,7 (соответственно диаметры катков 6 и приводной шестерни 5) не равны друг другу, поэтому при фиксированном межосевом расстоянии катки 6 и шестерня 5 имеют разные частоты вращения и катки 6 должны быть свободно установлены на валу шестерни 5.

Канатосборное устройство – канатосборный барабан 16 (см. рис. 35) зафиксирован на валу, вращающегося от закрепленного на нем диска фрикциона 13. Второй диск фрикциона 14, установленный на валу свободно, представляет собой одно целое с храповым колесом 12, которое управляется двумя собачками. Ось собачки 15 неподвижна и опирается на раму лебедки. Ось собачки 11 закреплена в ведомой звездочке 10 цепной передачи и вращается вместе с ней вокруг вала канатосборного барабана. Ведущая звездочка 9 цепной передачи связана с валом барабана 1 и вращается вместе с ним.

Рассмотрим взаимодействие узлов лебедки при подъеме груза. Ведомая звездочка 10 получает вращение в направлении, указанном на рис. 35, б стрелкой. Через собачку 11 она увлекает с собой во вращение в том же направлении храповое колесо 12. От храпового колеса, с которым связан диск 14 постоянно включенного фрикциона, вращение передается другому диску 13 и валу канатосборного барабана.

Канатосборный барабан 16, в который поступает перемотанный канат с постоянной линейной скоростью v_к, должен вращаться с переменной угловой скоростью в зависимости от высоты подъема груза. Переменность угловой скорости канатосборного барабана при постоянной линейной скорости каната и переменном диаметре его навивки обеспечивается фрикционом, в котором всегда имеется проскальзывание. В нижнем положении груза диаметр навивки каната на канатосборный барабан D_min, в верхнем – D_max. Соответственно угловые скорости канатосборного барабана будут равны: w_max=v_к/0,5D_min, w_min=v_к/0,5D_max.

Для нормальной работы лебедки необходимо, чтобы скорость вращения звездочки 10 и храпового колеса 12 были всегда больше скорости вращения барабана 16, т.е. должно выполняться условие: w₂>v_к/0,5D_min. Тогда диск фрикциона 14, связанный с храповым колесом, будет опережать диск 13, связанный с канатосборным барабаном, и к диску 13 будет приложен момент сил трения, увлекающий канатосборный барабан во вращение на подъем и создающий натяжение S₀. Принимается w₂=1,1w_max=1,1v_к/0,5D_min. Тогда передаточное число цепной передачи от звездочки 9 к звездочке 10: u_цп=w₁/w₂, где частота вращения звездочки 9 w₁=v_к/0,5D_Б. Тогда u_цп=D_min/1,1D_Б.

Фрикцион канатосборного барабана создает постоянный момент, который при переменном радиусе навивки будет уравновешен переменным усилием в поступаюшем канате. Усилие S₀ должно быть обеспечено даже при наибольшем диаметре навивки, поэтому момент фрикциона следует определять как М_ф = S₀0,5D_max.

Момент М₅ на валу барабана лебедки, нужный для работы фрикциона, составит

М₅=М_ф/u_цп×h, (31)

где u_цп – передаточное число цепной передачи, h – к.п.д. при передаче движения от барабана 1 к валу фрикциона.

При спуске груза звездочки 9 и 10 цепной передачи (рис. 35) вращаются от двигателя D с постоянной угловой скоростью; грузовой канат увлекает канатосборный барабан 16 во вращение на спуск, при этом фрикцион постоянно проскальзывает, а храповое колесо 12 удерживается собачкой 15 (см. рис. 35, б). При скольжении подвижного диска фрикциона 13 по неподвижному 14, связанному с храповым колесом, возникает момент сил трения, притормаживающий канатосборный барабан и создающий в канате натяжение S₀. Благодаря фрикциону достигается необходимая переменность угловой скорости барабана 16 в зависимости от диаметра навивки.

Канатосборные барабаны для многослойной навивки перемотанного каната выполняются с гладкой цилиндрической поверхностью и высокими ребордами. Их размеры выбираются из условия, чтобы при заданной канатоемкости число слоев каната не превышало пяти.

Для правильной укладки каната предусматриваются канатоукладчики 19 (см. рис. 35), винт которого приводится в движение передачей 17-18. Одна из конструкций канатоукладчика показана на рис. 37. Параллельно валу канатосборного барабана расположен винт 7 с правой и левой резьбой. По этому винту, опираясь на направляющие 8, передвигается каретка 2, штырь 1 которой скользит по впадине резьбы. На каретке на валиках 4 установлены ролики 6, между которыми проходит идущий с барабана канат 5. Винт вращается от вала канатосборного барабана через цепную передачу 3 (18 на рис. 35). Дойдя до края винта, например, по правой резьбе, каретка по переходной канавке переходит на левую резьбу и начинает двигаться в обратном направлении.

Необходимая частота вращения винта: n_В=n_Бd_к/t_В, где n_Б – частота вращения канатосборного барабана; d_к – диаметр каната, t_В – шаг нарезки винта. Расчет элементов канатоукладчика приведен в [1].

Определение мощности двигателя

Изменение усилия в канате при огибании одного барабана подчиняется условию Эйлера: S_n=S_n-1e^ma, m ³ n ³ 1, где m – число канавок; a=p – угол обхвата (см. рис. 36, а), m – коэффициент трения скольжения между канатом и канавкой барабана. С учетом потерь на преодоление жесткости каната (что существенно при большом числе огибаемых канавок и достаточно больших усилиях в канате)

S_n=S_n-1e^mac_ж, (32)

где с_ж=1+x, x » 0,1d²_к /(D_Б-10) – коэффициент жесткости каната крестовой свивки при его диаметре d_к и диаметре барабана D_Б, выраженных в сантиметрах.

Коэффициент трения скольжения m на стальном барабан для смазанных канатов при полукруглой канавке m=0,12 (при этом радиус канавки следует строго выдерживать в пределах (0,52...0,53)d_к; при канавке с подрезом m=m₀b, где m=0,11 – коэффициент трения проволок по барабану; b=4(1-sin0,5g)/(p-g-sing) – коэффициент формы канавки; g = 80⁰...110⁰ – угол подреза канавки.

В соответствии с формулой (32) для схем лебедки на рис. 27,а,в получим следующие выражения для усилий в ветвях каната в зависимости от натяжения S₀ на выходе из лебедки:

S₁=S₀e^mpc_ж; S₂=S₁e^mpc_ж=S₀e^2mpc²_ж;....; S_m-1=S₀e^{mp (m-1)} ;(33)
где m – общее число канавок с углом обхвата p на двух приводных барабанах лебедки.

Значение S_m определяется обычным образом в зависимости от весов груза G и грузозахвата q, кратности u_п грузового полиспаста и его к.п.д. h_п, количества и к.п.д. h_Н.З. направляющих блоков (рис. 36, а):

(34)

Минимальное усилие S₀ должно быть достаточно для преодоления жесткости каната при изгибе его на канатосборном барабане; из этих соображений можно принять S₀=(1500...3000)Н. Затем из формулы (33) можно определить число канавок m. Обычно получается m=10...20.

Рис. 36. Схемы к расчету перематывающей лебедки с канатосборным барабаном

Вес грузозахвата q должен быть достаточен для того, чтобы обеспечить сцепление каната с барабаном при спуске порожнего грузозахвата. При этом набегающая и сбегающая ветви каната меняются местами по сравнению со случаем подъема, и условие Эйлера (32) запишется в виде: откуда можно получить значение q.

Мощность N двигателя D (см. рис. 35) определяется по формуле: где h_л – к.п.д. лебедки; w = v_п /0,5u_п(D_Б+d_к) – частота вращения барабана при скорости v_п подъема груза. Крутящий момент М на барабанах лебедки вычисляется как сумма:

М=М₁+М₂+М₃+М₄+М₅. (35)

М₁ – крутящий момент на барабанах, создаваемый усилиями в ветвях перематываемого каната (см. рис. 36,а,в): М₁=(S_m-S₀)×0,5D_Б, где S_m определяется по (33).

Момент М₂ на преодоление трения в подшипниках a, b, c, e (см. рис. 36, в) (трением в подшипниках вала шестерни 5 можно пренебречь) равен: M₂=(N_a+N_b+N_c+N_e)m_ц0,5d_ц, где m_ц – коэффициент трения в подшипниках; d_ц – диаметр цапфы; N_a...N_e – давления на подшипники.

Давление на подшипники барабанов частично создается стягивающими силами, действующими на барабане 1-Z₁ и барабане 2-Z₂ (рис. 36, б, в): Z₁=S₁+S₂+...S_m, Z₂=S₀+S₁+...S_m-1.

Основная часть усилий Z₁ и Z₂ замыкается на бандажах 4,8 распорных катках 6 (рис.36, б), а на подшипники передается только неуравновешенное усилие: Z₁-Z₂=S_m-S₀. 36)

Кроме того подшипники валов нагружаются давлениями от усилий F₁, R₁ и F₂,R₂ в зубчатых зацеплениях (рис. 36, г). При этом F₁»M_Б1 /0,5d_З, F₂ » M_Б2/0,5d_З, где М_Б1 и М_Б2 – крутящие моменты на барабанах: М_Б1=[(S₂-S₁)+(S₄-S₃)+...(S_m-S_m-1)]×0,5D_Б, М_Б2=[(S₁-S₀)+(S₃-S₂) +...+ (S_m-1-S_m-2)]×0,5D_Б, d_З – диаметр делительной окружности колес 3,7.

Задача о распределении несимметрично приложенного усилия Z₁-Z₂ по (35) между подшипниками а-е является статически неопределимой. Чтобы избежать ненужных усложнений расчета, примем, что все усилие (Z₁-Z₂) воспринимается подшипниками с и е одного барабана.

Тогда

где коэффициенты k_i – множители, определяемые при вычислении опорных реакций валов как статически определимых балок под действием внешних нагрузок.

Момент М₃ затрачивается на преодоление трения качения бандажей 4,8 и распорных роликов 6 (рис. 36, б): М₃=f(Z₁+Z₂)(1+D₁/D₂), где f – коэффициент трения качения; D₁ и D₂ – соответственно диаметры бандажей и распорных катков.

Рис. 37. Винтовой канатоукладчик

Момент М₄, учитывающий потери на преодоление жесткости каната:

где усилия S_i вычисляются по формулам (32), а - по тем же формулам, из которых исключены степени коэффициента с_ж.

Определение момента М₅ фрикциона канатосборного барабана производится по формуле (31).

КАБЕЛЬНЫЕ ЛЕБЕДКИ

В лебедках магнитных кранов токоподвод к магниту обеспечивают гибким кабелем. Кабель может укладываться в корзину под действием собственного веса или наматываться на кабельный барабан 5 (рис. 38), вращающийся от барабана 4 через цепную передачу.

Рис. 38. Компоновка лебедок магнитных кранов: а – однобарабанная, б – двухбарабанная; 1 – двигатель, 2 – тормоз, 3 – редуктор, 4 – грузовой барабан, 5 – кабельный барабан

Рис. 39. Схема кабельного барабана

Звездочка 7 (рис. 39), которая соединена с наружным диском фрикциона 4, защищающего кабель от случайных нагружений. От внутренних дисков фрикциона вращается вал кабельного барабана 1 через кулачковую муфту 5, 6, отключаемую при работе магнита. Кабельный барабан установлен на одном валу с кольцевым токоприемником 8. Кабель укладывается в один слой с равномерным шагом кабелеукладчиком 3, винт которого вращается от вала кабельного барабана 1 через передачу 2.

При высоте подъема Н и непосредственной намотке кабеля на кабельный барабан (без полиспаста) число витков z_K на кабельном барабане

z_K = H/p (D_Б + d_K), где D_Б – диаметр кабельного барабана, d_K – диаметр кабеля. Тем самым длина кабеля меньше канатоемкости грузового барабана, зависящей от типа и кратности грузового полиспаста, а кабельный барабан короче грузового.

 

ЛЕБЕДКИ СЛЕДЯЩЕГО ДЕЙСТВИЯ

Лебедки следящего действия применяют в судовых кранах при подъеме грузов, качающихся на волне. Лебедка должна обеспечивать скорость крюка, равную относительной скорости качающегося на волне груза и возможность качания на волне застропленного груза.

В схеме на рис. 41 заданное натяжение каната следящей лебедки 7 создается при определенном давлении в гидроцилиндре 9. При опускании принимающего груза судна следящий канат вдвигает поршень 10 в цилиндр 9, расстояние между блоками 11 и 12 следящего и грузового канатов уменьшается, груз опускается, сохраняя неизменным расстояние до палубы.

Рис. 40. Схема лебедки для подъема груза, движущегося в жестких направляющих

Рис.41. Схема лебедки следящего действия

При подъеме принимающего груз судна слабина следящего и грузового канатов устраняется за счет дополнительного давления в цилиндре от компрессора 1.

Кран 5 служит для блокировки слежения.