книги / Подъемно-транспортные машины

где B – расстояние между ручьями блоков на стреле, равное расстоянию между ручьями в крюковой подвеске; hmin – длина стрелы.

Полученное значение длины барабана L необходимо округлить до стандартного значения в соответствии с нормальным рядом линейных размеров согласно ГОСТ 6636–69 (прил. 9).

После определения длины барабана определяют отношение его длины к диаметру:

–для барабанов с однослойной навивкой при L/Dб > 5 диаметр барабана D необходимо увеличить до следующего стандартного значения из нормального ряда диаметров и пересчитать остальные параметры барабана;

–для барабанов с многослойной навивкой при L/Dб > 3 необходимо увеличить число слоев навивки каната (но не более чем до 4), в противном случае – увеличить диаметр барабана D до следующего стандартного значения из нормального ряда диаметров;

–при L/Dб ≤ 1 рекомендуется устанавливать барабан на тихоходном валу редуктора консольно.

4.5.Определение толщины стенки барабана

Барабаны выполняют литыми из чугуна или стали и сварными из стали. В механизмах подъема при 5-й, 6-й группах режима работы барабаны выполняют только из стали.

При изготовлении барабана методом литья минимальная толщина стенки определяется по эмпирическим формулам, определяемым технологией литья:

–для чугунного барабана δч min = 0,02D + (6…10) мм ≥ 12 мм;

–для стального барабана δст min = 0,01D + 3 мм.

Стенки барабана испытывают сложное напряжение сжатия, кручения и изгиба. В барабанах длиной менее трех диаметров (L/Dб ≤ 3) напряжения от кручения и изгиба обычно не превышают 10–15 % от напряжения сжатия. В этом случае стенку барабана рассчитывают только на сжатие.

52

4.6. Проверка прочности барабана

Расчет барабана на прочность по сжатию заключается в оп-

ределении толщины его стенки. Барабан, не имеющий внутренних ребер, без учета влияния торцевых стенок можно условно рассматривать как цилиндрическую трубу, нагруженную равномерно распределенной сжимающей силой от натянутого каната.

Наибольшее напряжение возникает на внутренней поверхности трубы:

σсж = Ftδб ≤[σсж ],

где δ – толщина стенки барабана, м; Fб – расчетное усилие в одной ветви каната, набегающей на барабан, Н; t – шаг нарезки барабана, м; [σсж ] – допускаемое напряжение сжатия, зависит от материала барабана и группы режима работы механизма, Па (прил. 10):

где k – запас прочности (k = 4,25 для чугуна; k = 1,5 для стали).

При многослойной навивке [σсж]m = [σсж]/km, где km – коэффици-

ент, учитывающий повышение напряжения сжатия в стенке барабана в зависимости от числа слоев m навивки каната на барабан:

Таким образом, толщина стенки барабана из условия прочности на сжатие

Большее из полученных значений δ округляем до ближайшего большего стандартного, согласно ряду нормальных линейных размеров (по ГОСТ 6636–69) (см. прил. 9).

После этого требуется уточнить ширину реборды (см. под-

разд. 4.1).

53

Если отношение длины барабана к его диаметру составляет

L/Dб > 3, необходима проверка прочности барабана с учетом его изгиба и кручения.

На рис. 4.9 приведены расчетные схемы и эпюры изгибающих и крутящих моментов для простого (слева) и сдвоенного (справа) полиспастов.

Рис. 4.9

Крутящий момент, передаваемый барабаном, кН·м,

Mкр = Sб D2m ,

где Dm – эффективный диаметр барабана, м (для барабана с однослойной навивкой Dm = Dб, где Dб – расчетный диаметр барабана по средней линии навиваемого каната, м); Sб – расчетное усилие на барабане, кН; Sб = Fб – для простых полиспастов; Sб = 2Fб – для сдвоенных полиспастов; Fб – расчетное усилие в одной ветви каната, кН.

Напряжение от кручения, МПа,

где Wp – полярный момент сопротивления сечения барабана (кольцевого сечения), Wр = 0,2D3 (1−δ4 ) .

54

Изгибающий момент на барабане достигает максимальной величины, когда канат находится в центре барабана:

Mиз = Fстlп,

где Fст – реакция со стороны ступицы торцевого диска барабана на ось, кН; Fст = Fб/2 – для простых полиспастов; Fст = Fб – для сдвоенных полиспастов; lп – плечо действия сил от каната, навиваемого на барабан до торцевого диска барабана, м.

В общем случае lп находится в процессе проектирования конструкции барабана.

Ориентировочно можно принять следующее:

lп ≈ ½ · 0,8L – для барабанов с односторонней навивкой каната (для простых полиспастов).

lп ≈ ½ ·0,8(L – l) – для барабанов с двухсторонней навивкой каната (для сдвоенных полиспастов).

Здесь L – полная длина барабана; l – длина ненарезанной средней части барабана.

Напряжение от изгиба, МПа,

где Wx – осевой момент сопротивления сечения барабана (кольцевого сечения), Wx = 0,1D3 (1−δ4 ).

Определение суммарного напряжения от совместного действия сжимающей силы, крутящего и изгибающего моментов осуществляется по одной из гипотез прочности для сложного напряженного состояния:

σΣ = (σиз +σсж )2 +3τкр2 ≤[σсж ].

Если условие прочности не выполняется, необходимо увеличить толщину стенки барабана (взяв следующий по порядку размер из ГОСТ 6636–69) и повторить проверку.

Расчет других параметров барабана (в том числе диаметра оси) в рамках данной работы не выполняется.

55

Технические характеристики кранового барабана сводятся в таблицу:

Размеры зубчатого венца будут определены в подразд. 6.7. Диаметр оси барабана принимаем равным диаметру тихоходно-

го вала редуктора, который будет определен в подразд. 6.6.

4.7. Расчет узла крепления каната к барабану

Наиболее широкое применение получили крепления при помощи наружных накладок (см. рис. 4.3, а). Для их установки канат из 1-й канавки сразу переводится в 3-ю (рис. 4.10). Для этого вырубаются выступы нарезки, разделяющей канавки. Пропущенную канавку используют для установки крепежных болтов (шпилек). Канат 2 удерживается от перемещения силой трения, возникающей от зажатия его между накладкой 1 и барабаном 3 болтами 4 (для стальных барабанов) или шпильками (для чугунных). Длина свободного конца каната должна быть не менее 2dк, где dк – диаметр каната.

Накладка крепится при помощи одного или двух болтов (шпилек). Если используются одноболтовые накладки, то их устанавливают не менее двух. Двухболтовую накладку можно ставить одну, если диаметр каната меньше 31 мм, если больше, то две.

Крепежные болты (шпильки) накладки находятся в сложном напряженном состоянии: они изгибаются под действием силы натя-

56

жения каната, а также растягиваются и закручиваются под действием затяжки, необходимой для удержания каната (см. рис. 4.10).

Рис. 4.10

Натяжное усилие каната под прижимной планкой в месте крепления его к барабану находят по формуле

Fкр = eFfбα ,

где e – основание натурального логарифма, e = 2,72; f – коэффициент трения между канатом и барабаном, f = 0,10…0,16; α – угол обхвата барабана запасными витками каната, рад, α = 3π…4π.

Усилие, необходимое для затяжки болтов (шпилек) крепления каната к барабану прижимной планкой,

где z – число болтов в накладке (если используется одна планка, число болтов не может быть меньше двух); f1 – приведенный коэффициент трения между канатом и накладкой, f1 = f / sinβ; β – угол наклона боковой грани трапециевидной канавки прижимной планки

57

Fи = f1Fр.

Суммарное напряжение в каждом болте (шпильке)

где k – коэффициент запаса надежности крепления каната, k ≥ 1,5; l – расстояние от головки болта (гайки) до барабана (плечо прижимной планки), м, принимают l = (1,75…1,8)dк; d1 – внутренний диаметр резьбы болта или шпильки согласно ГОСТ 24705–2004 (прил. 12), м; [σр] – допускаемое напряжение на растяжение материала болта, Па,

[σр] = [σSт] ,

где [S] – коэффициент запаса прочности, [S] = 2,5…3.

Задаваясь маркой стали (прил. 11) и номинальным диаметром d болтов (см. прил. 12), проверяют их прочность.

Обычно принимают при диаметре каната

При больших значениях рекомендуется ставить две накладки.

58

Мелкие резьбы выбирать не рекомендуется, так как они применяются, когда требуется плотность в соединении.

Марку стали желательно выбирать из начала списка (Ст 3, Сталь 10).

Если прочность выбранных болтов (шпилек) недостаточна, необходимо выбрать крепежные изделия большего диаметра или с лучшими механическими характеристиками (Сталь

Расчетная длина болта составит

Lбол =l +δ+ sш + a +c.

Расчетная длина шпильки

Lшп =l +δ+ m + sш + 2(a +c).

Здесь l – плечо прижимной планки, м; δ – толщина стенки барабана, м; m – высота гайки (прил. 15). Можно принять m = 0,8d;

нимается равной 2d, где d – номинальный диаметр болта (шпильки) (рис. 4.12).

Окончательно размеры крепежных изделий принимаются по ГОСТу.

Например, болты – по ГОСТ 7805–70 (прил. 13);

шпильки – по ГОСТ 22042–76 (прил. 14); гайки – по ГОСТ 5915–70 (см. прил. 15).

Вопросы:

1.Какие типы блоков вам известны?

2.Перечислите основные геометрические параметры блока.

59

3.Обоснуйте необходимость точного соответствия диаметра ручья блока диаметру каната.

4.В каких случаях используются барабаны с многослойной навивкой каната?

5.Для чего необходимы реборды? В каких случаях они могут не устанавливаться?

6.С какой целью при расчете длины каната добавляют до 6 дополнительных витков?

7.Какие параметры грузоподъемного механизма определяют длину канатного барабана?

8.Как на длину барабана влияет его диаметр?

9.Как определяется длина ненарезанной средней части барабана при сдвоенном полиспасте? От чего она зависит?

10.От каких факторов зависит толщина стенки барабана?

11.Какие нагрузки испытывает канатный барабан при работе механизма?

12.В каком случае расчет прочности барабана ведется только по сжимающим нагрузкам?

13.Какие способы крепления каната на барабане вам известны?

14.Опишите конструкцию крепления каната к барабану при помощи накладки.

15.Какие нагрузки испытывают крепежные болты (шпильки) накладки?

60