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 БЗ связан с двигателем D через редуктор Р1; в кинематическую цепь, соединяющую двигатель с подъемным барабаном БП, 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 БЗ, тормоз Т2 связан с барабаном БП. 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 × 0,5da, (7)
M1=2Ft0,5(da+dg), (8)
МТ3=Ft × 0,5db, (9)
где обозначения аналогичны (4), (5), (6).
Из условия (9) вытекает, что окружные усилия F в зацеплениях планетарной муфты пропорциональны моменту МT3 затяжки тормоза Т3 (единственная независимая силовая характеристика) и могут быть определены по формуле:
F=MT3/t × 0,5db; (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 MТ3=0 и F=0, т.е. планетарная муфта не передает момента на подъемный барабан. При увеличении момента МТ3 момент М1, передаваемый на подъемный барабан, возрастает; соответственно возрастет усилие в поддерживающих канатах.
При черпании тормоза Т1 и Т2 открыты, барабан БЗ 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 Sп; зубчатая передача, показанная пунктиром, связывает барабан БП с водилом.
Рис. 16. Окружные усилия (а) и планы скоростей (б, в, г) для планетарной муфты
лебедки на рис. 15
Скорость va задается двигателем. Скорость vh центра сателлита направлена соответственно вращению водила на подъем, а ее средняя величина за время черпания равна
vh=fuрд2/tз, (11)
где f – ход верхней траверсы за время черпания tз; uрд2 – передаточное число редуктора Р2. Скорость vb обоймы характеризует проскальзывание поверхности обоймы по колодкам тормоза в направлении против сил трения.
б) Верхняя траверса движется вниз. Поддерживающий канат увлекает барабан Бп и водило во вращение на спуск. План скоростей дан на рис. 16, в. Средняя величина скорости vh центра сателлита вычисляется по (11) при соответствующем значении f. Обойма проскальзывает по колодкам тормоза со скоростью vb, большей, чем в случае а. Двигатель преодолевает момент сил F на центральном колесе а.
После закрытия грейфер поднимается на замыкающих канатах. Барабан Бп 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 vh при подъеме возрастает до значения vпuрд2, где vп – скорость подъема. Поскольку скорость вращения двигателя и скорость va остались прежними, скорость vb проскальзывания обоймы должна уменьшиться. Обычно передаточное число редуктора uрд2 назначают из условия синхронности движения канатов при перемещении раскрытого грейфера, когда обойма остановлена; тогда при подъеме груженого грейфера скорость vb равна нулю, и скольжения обоймы по колодкам тормоза Т3 не будет.
Для раскрытия грейфера на весу надо остановить барабан БП, для чего замыкается тормоз Т2 (см. рис. 15); затем открывают тормоз Т3 и вращают двигатель и барабан БЗ 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 (vb=0).
Процесс изменения усилий в поддерживающих Sп и замыкающих Sз канатах представлен на рис. 17. При черпании усилие Sп в поддерживающих канатах отвечает 1-й ступени момента МТ3 тормоза Т3 (см. рис. 15). Момент МТ3 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 Sп 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 Gгр пустого грейфера; замыкающие канаты нагружены только собственным весом. Перегрузка поддерживающих канатов в ходе раскрытия, оцениваемая величиной (0,25...0,5) (G-Gгр), возможна вследствии зависания материала в грейфере.