Механизмы передвижения подъемно-транспортных машин 
полный оборот колеса благодаря этому на пути [pic]=[pic]D сопровождается
его поперечным скольжением на величину [pic]=[pic]D tg[pic]. Работа сил
трения от поперечного скольжения колес тележки на пути [pic]
Отсюда сопротивление движению тележки только от поперечного скольжения
колес
[pic]
Перекос тележки вызывает, кроме того, дополнительные сопротивления от
трения реборд колес. Так как реборда колеса давит на кромку рельса с силой
[pic], то сила трения, приложенная к некоторой точке а,
[pic]
Следовательно, уравнение моментов сил относительно точки О дает
возможность определить силу сопротивления от трения в ребордах
[pic]
где h—плечо приложения к ободу колеса силы трения относительно точки его
поворота; D—диаметр колеса.
По данным исследований в среднем 2h/D=0,4—0,7. Сопротивление движению
тележки при перекосе колес принимает вид
[pic]
В ряде случаев для прямых участков пути сопротивления от трения на
ребордах колес [pic] в связи с неопределенностью их действия, аналитическим
путем не рассчитываются. Кроме того, угол перекоса тележки [pic], зависящий
от многих факторов и в том числе от величины зазора между ребордами и
кромками полок ездовой балки, величины базы и конструкции тележки, имеет
определенное значение для каждого конкретного случая. Учитывая это, оценку
всех видов дополнительных сопротивлений от перекоса ребордной тележки на
прямолинейном рельсе можно произвести коэффициентом [pic] по отношению к
полному сопротивлению движения тележки без перекоса колес. Тогда величина
сопротивления движению тележки от перекоса выразится формулой
[pic]
Значения коэффициента [pic]
|Конструкция тележки |Тип опор колес |
| |подшипники|подшипники|
| |скольжения|качения |
|Жесткая база, внутренние |1,0 |0,7 |
|реборды........…….. |0,6 |0,4 |
|Жесткая база наружные |--- |1,5 |
|реборды...........…….. Наружные реборды, | | |
|шарнирное соединение колесных | | |
|пар......................................| | |
|......…….. | | |
При перемещении подвесных тележек по криволинейным путям также возникает
аналогичное рассмотренному выше (рис. 21) поперечное скольжение колес по
полкам балки и соответствующее ему сопротивление движению. В этом случае
угол между плоскостью колес и направлением криволинейного рельса можно
определить по приближенной зависимости:
[pic]
где [pic] — величина жесткой базы тележки; [pic] — радиус поворота
криволинейного участка.
Обычно принимают [pic] м, а[pic]. Отсюда, по аналогии сопротивление
движению на криволинейном участке рельса без учета потерь в ребордах
[pic]
Для определения сопротивления от трения в ребордах можно воспользоваться
уже выведенной формулой [pic].
Полное статическое сопротивление передвижению однорельсовых тележек с
коническими ребордными колесами с учетом ветровой нагрузки и уклона равно:
на горизонтальном прямом пути
[pic]
на горизонтальном криволинейном участке пути
[pic]
Сопротивление преодоления сил инерции приводимых в движение масс. Эти
сопротивления возникают при пуске механизма передвижения, электродвигатель
которого, кроме полного статического сопротивления, преодолевает также
сопротивления от сил инерции элементов приводного механизма, крана или
тележки и массы груза.
Момент сопротивления от сил инерции вращающихся масс, приведенный к валу
электродвигателя:
[pic]
где J и [pic] — соответственно момент инерции и маховой момент масс,
вращающихся на быстроходном валу механизма;
[pic] и [pic] — угловая скорость вала электродвигателя рад/сек и об/мин; t
— время, сек.
Сила сопротивления и момент сопротивления, приведенные к валу ходовых
колес, от сил инерции поступательно движущихся масс равны:
[pic]
и
где m — масса крана с тележкой и грузом или тележки с грузом
m=[pic]; [pic]— ускорение поступательного движения при пуске крана или
тележки; D—диаметр ходового колеса; Q — вес номинального груза; [pic] —
собственный вес крана с тележкой для расчета механизма передвижения моста
или одной тележки для расчета механизма передвижения тележки (в обоих
случаях с учетом веса грузозахватных устройств); g — ускорение силы
тяжести.
Если принять, что разгон механизма происходит с постоянным ускорением, то
[pic]
Рабочая скорость движения тележки или крана при установившемся режиме
работы (в м/сек}:
[pic]
где [pic]— среднее время пуска механизма, сек; [pic] — угловая скорость
вращения ходового колеса, об/мин.
После подстановки в формулу для определения момента инерции выражений для
j и ( получаем:
[pic]
Сопротивления движению механизма передвижения, приведенные к валу
электродвигателя. Момент от полного статического сопротивления [pic] на
валу приводных ходовых колес
[pic]
Для тележек с канатной тягой определяется момент на приводном барабане 7
(см. рис. 9), имеющем диаметр [pic],
[pic]
Эти моменты, приведенные к валу электродвигателя, имеющему [pic] об/мин,
равны:
[pic]
где i—передаточное число привода механизма; [pic] — к. п. д. механизма.
Определение приведенного к валу электродвигателя момента от сил инерции
поступательно движущихся частей [pic] аналогично определению статического
момента сопротивления. Тогда,
[pic]
Так как
[pic]
то
[pic]
Таким образом, для периода пуска с постоянным ускорением средний пусковой
момент, развиваемый электродвигателем механизма передвижения,
[pic]
Отсюда
[pic]
[pic]
где [pic]— приведенный к валу электродвигателя маховой момент всего
механизма передвижения при пуске
[pic]
Выражение (13) используют при определении мощности, по которой производят
выбор электродвигателя по каталогу. В механизмах с канатной тягой из-за
небольших скоростей движения и малых поступательно движущихся масс момент
[pic] не оказывает большого влияния на пусковые режимы.
§ 4. Проверка запаса сцепления при пуске
В период пуска механизма передвижения приводные колеса, взаимодействуя с
рельсами, приводят в движение тележку или кран. Для обеспечения нормальной
работы необходимо, чтобы приводные колеса перекатывались по рельсам без
скольжения (пробуксовки). Поэтому при расчете механизмов передвижения
необходимо обеспечить определенное соотношение между силами сцепления
ходовых колес с рельсами и движущей силой, приложенной к ободьям этих
колес.
Расчетным случаем является работа механизма без груза, когда давление на
приводные колеса уменьшено, а следовательно. уменьшена и сила сцепления,
которая при этом равна:
[pic]
где [pic][pic]—сцепной вес, т.е. часть веса крана [pic] с тележкой без
груза при расчете механизма передвижения крана или часть веса тележки [pic]
без груза при расчете ее механизма передвижения, действующая на приводные
ходовые колеса; [pic] — коэффициент сцепления колеса с рельсом. Коэффициент
сцепления принимается равным: [pic]=0,12 для кранов, работающих на открытом
воздухе; [pic]=0,2 для кранов, работающих в помещении при условии
невозможности попадания влаги; [pic]=0,25—для кранов, работающих с
песочницами.
Для тележек без поворотных стрел и мостов кранов сцепной вес с некоторым
приближением можно принять:
[pic]
где т'—число приводных ходовых колес; п'—общее число ходовых колес.
Работа в период пуска без проскальзывания (пробуксовывания) приводных
ходовых колес обеспечивается при соблюдении неравенства
[pic]
откуда коэффициент запаса сцепления
[pic]
Сила внешнего статического сопротивления [pic][pic] определяется для
передвижения крана или тележки без груза (Q=0). В ответственных случаях
запас сцепления следует рассчитывать по фактической нагрузке на приводные
колеса с учетом наименее выгодного расположения тележки. Для этого можно
использовать приведенную выше методику определения давления на ходовые
колеса. При раздельном приводе запас сцепления проверяют для приводных
колес каждой стороны отдельно.
Сила внешнего статического сопротивления меньше силы полного статического
сопротивления передвижению без нагрузки кранов и тележек [pic] на величину
сопротивления от трения в опорах приводных колес [pic], которое в данном
случае рассматривается в качестве внутреннего сопротивления, не
оказывающего влияния на сцепление приводных колес с рельсами. Таким
образом,
[pic]
где
[pic]
f — коэффициент трения в опоре; d—диаметр цапфы вала; D— диаметр
поверхности катания ходового колеса.
Сопротивление от силы инерции поступательно движущихся масс крана или
тележки при работе без груза
[pic]
При подстановке соответствующих выражений в формулу
для k[pic] получаем расчетную зависимость
[pic]
где j[pic] — возможное ускорение, определяемое в общем случае
действительной характеристикой установленного электродвигателя.
Для определения времени пуска электродвигателя механизма передвижения
можно воспользоваться рекомендуемой формулой [16]:
[pic]
где [pic]=п[pic] —номинальная скорость вращения вала электродвигателя,
об/мин; М[pic]—номинальный момент электродвигателя,
кГм; t[pic] —относительное время пуска для нормальных крановых
систем управления.
Между номинальным моментом (в кГм), номинальной мощностью N[pic] (в квт}
и номинальным числом оборотов n[pic] вала электродвигателя имеется
зависимость в виде
[pic]
Относительное время пуска, являясь безразмерной величеной, определяется
методом графического интегрирования пусковых графиков или с помощью кривых
tп.o =f(a), вычисленных для различных электродвигателей (рис. 22). Параметр
a характеризует относительную загрузку электродвигателя в период пуска:
[pic]
где М[pic] — момент статического сопротивления механизма передвижения,
приведенный к валу электродвигателя.
Для установленного на механизме передвижения электродвигателя по каталогу
определяется максимальный пусковой момент М[pic], вычисляется номинальный
момент М[pic], коэффициент загрузки ( и по графикам (рис. 22) определяется
относительное время пуска t[pic]. Затем по формуле (15) определяется
фактическое время пуска t[pic] и по зависимости
[pic]—среднее ускорение при пуске. Это ускорение не должно превышать
рекомендуемых значений, приведенных в табл. [3]
При приближенных расчетах время пуска можно определить по формуле
[pic]
При проверке запаса сцепления необходимо тем же способом найти
максимальное ускорение, которое возникает в процессе пуска механизма
передвижения крана, работающего без груза (Q=0). В этом случае момент
статического сопротивления определяется по уравнению (12), в которое вместо
Wс следует подставить статическое сопротивление механизма передвижения при
работе без груза Wc.o.
[3] Ускорения при пуске механизмов передвижения (ориентировочные данные)
|Механизмы и их характеристики |Ускорение j[pic] ,|
| |м/ceк[pic] |
|Механизмы кранов, трапспортирующие жидкий металл |0,1 |
|............... | |
|Механизмы передвижения кранов и тележек, имеющих |0,2-0,4 |
|сцепной вес, равный 25% от полного веса | |
|.............. |0,4-0,7 |
|Механизмы передвижения кранов и тележек, имеющих | |
|сцепной вес, равный 50% от полного веса |0,8-1,4 |
|................. | |
|Механизмы передвижения кранов, | |
|Имеющих сцепной вес, равный 100% от полного веса | |
|................. | |
§ 5. Торможение механизмов передвижения
Процесс торможения механизма передвижения состоит в преодолении сил
инерции его поступательно движущихся и вращающихся элементов за счет
момента, развиваемого тормозом, и момента от всех внутренних и внешних
сопротивлений. Остановка механизмов передвижения без тормозов только под
действием внешних и внутренних сопротивлений применяется крайне редко и в
основном при использовании ручного привода или для тихоходных кранов.
Необходимость установки тормозов на механизмах передвижения кранов и
тележек со скоростями движения более 32 м/мин указана в Правилах
Госгортехнадзора.
При остановке механизма передвижения тормозное устройство преодолевает
инерцию поступательно движущихся масс крана и тележки, а также вращающихся
масс привода. Процессу торможения способствуют все внешние и внутренние
сопротивления движению, возникающие при работе механизма и уменьшающие
требуемый тормозной момент, величина которого назначается при условии
исключения возможности буксования приводных ходовых колес на рельсах.
С достаточной точностью принято считать, что в течение одного процесса
торможения тормозной момент остается постоянным. Благодаря этому торможение
механизма передвижения совершается с постоянным замедлением. По аналогии с
процессом пуска тормозной момент при механическом торможении можно
определить без учета гибкого подвеса груза из уравнения приведенных к валу
электродвигателя (тормозного шкива) моментов
[pic]
или
[pic]
где (GD2)т—приведенный к валу электродвигателя маховой момент всего
механизма передвижения при торможении; Mc.min — момент от минимально
возможного статического сопротивления, приведенный к валу электродвигателя,
вращающегося со скоростью [pic]; l[pic]— время торможения.
Приведенный маховой момент при торможении, когда груз расположен в
крайнем верхнем положении, равен:
[pic]
При определении момента сопротивления необходимо исходить из наиболее
неблагоприятного случая работы, когда торможение происходит при движении по
ветру и под уклон. Тогда,
[pic]
где Wc.min—минимально возможное статическое сопротивление, приведенное к
наружному диаметру D ходовых колес; i, [pic] — передаточное число и к. п.
д. привода механизма.
Минимально возможное статическое сопротивление Wc.min следует определять
для механизмов кранов с приводными колесами по формулам (6), (7) и (9), для
тележек с канатной тягой — по формуле (8), для однорельсовых тележек только
на горизонтальном пути — по формуле (10). В этих формулах необходимо
принять k[pic]=0 и [pic]=l,0 и изменить знак на обратный для ветровой
нагрузки [pic] и составляющей (сопротивления) от уклона пути [pic]. В этом
случае Wc.min может иметь отрицательную величину, что необходимо учитывать
при определении тормозного момента по формуле (16) и в приведенных ниже
неравенствах.
Способ учета сопротивлений в приводе зависит от соотношения между
внешними силами и силами инерции поступательно движущихся масс [pic],
действующими на приводных ходовых колесах механизма. Если при торможении,
соответственно для двухрельсовых кранов и тележек, для кранов с
горизонтальными направляющими колесами, однорельсовых консольных и
велосипедных кранов [pic](Wc.min<0, то на механизм со стороны колес
действуют силы внешнего сопротивления, которые преодолеваются за счет сил
инерции вращающихся на валу электродвигателя масс. Поток энергии в этом
случае имеет такое же направление, как и при двигательном режиме, т.е. к
ходовым колесам.
Следовательно, потери в передачах привода, способствующие, так же как и
внешние силы сопротивления, торможению и уменьшающие величину тормозного
момента, учитываются величиной [pic], включенной в формулы (17) и (18) в
знаменатель. Если же указанное неравенство имеет обратный знак, то на
приводных ходовых колесах действует активная сила. Эта сила способствует
движению механизма и требует увеличения тормозного момента. Поток энергии,
направленный для этого соотношения сил уже от ходовых колес к валу
электродвигателя, частично расходуется на пропорциональные ему
сопротивления в передачах привода. Поэтому внутренние потери энергии
учитываются величиной [pic]помещенной в числитель, как в формулах (17) и
(18).
Время торможения t[pic] находят по рекомендуемым максимально допустимым
значениям величины замедления и соответствующим им допускаемым минимальным
значениям пути торможения (табл. [4]).
[4] Рекомендуемые величины замедления и соответствующие им допускаемые
минимальные пути торможения
|Отношение суммарного |Коэффициент сцепления ходовых колес с |
|давления тормозных |рельсами |
|ходовых колес G к | |
|общему весу тележки | |
|или крана G0 | |
| |0,12 |0,20 |
| |Замедлени|Тормозно|Замедление|Тормозной |
| |е, м/сек2|й путь, |, |путь, м |
| | |м |м/сек[pic]| |
|[pic]1 |0,90 |[pic] |1,5 |[pic] |
|[pic]0,5 |0,45 |[pic] |0,75 |[pic] |
|[pic]0,25 |0,25 |[pic] |0,40 |[pic] |
Здесь (—скорость передвижения, м/мин.
Для принятого с достаточной для практических расчетов точностью
равномерно замедленного движения при торможении
[pic] или [pic]
где (—рабочая скорость движения крана или тележки; sт— путь торможения
крана или тележки; jт—величина замедления крана или тележки при торможении.
Зная время торможения, по формуле (16) можно найти числовую величину
максимального тормозного момента.
При остановке механизмов кранов без груза под действием рассчитанного по
формуле (16) тормозного момента время торможения сокращается, величина
замедления приобретает максимальные значения [pic] и возникает опасность
буксования приводных (тормозных) ходовых колес на рельсах. В этом случае по
наибольшей величине замедления производится проверка запаса сцепления.
Основой этой проверки служит выражение
[pic]
Сила Fc.o' выбирается из наихудших для этого случая торможения механизма
условий. Ее принимают равной минимально возможному статическому
сопротивлению Fc.o'=Wc.тiп при работе крана без груза, т.е. для Q=0. Так
как величина максимального замедления
[pic]
и минимальное время торможения
[pic]
Если запас сцепления меньше допустимого, то значение тормозного момента
уменьшается. Следует напомнить, что при проверке запаса сцепления все
величины, за исключением Мт, входящие в выражение kт.сц и kт.min,
определяют при Q=0. Для кранов монтажных, металлургических разливочных и
заливочных, а также, имеющих пролет более 20 м, величины замедлений следует
уменьшить на 1/3. Проверки на запас сцепления в этом случае не требуется.
§ 6. Буферные устройства
Буферные устройства предназначены для смягчения ударов и толчков при
наезде тележек и мостов кранов на неподвижные концевые упоры или друг на
друга. Необходимость установки упругих буферных устройств указана Правилами
Госгортехнадзора. Применение буферных устройств позволяет повышать
безопасность эксплуатации кранов при возможных неисправностях в работе
конечных выключателей и тормозов. Буферное устройство имеет упругий
элемент, который поглощает кинетическую энергию поступательно движущихся
масс тележки или моста в момент столкновения, исключая возникновение
повышенных нагрузок в деталях и элементах крановых конструкций.
По способу и месту установки различают подвижные, неподвижные и
комбинированные буферные устройства (буфера). Подвижные буфера
устанавливаются на тележках и мостах и перемещаются вместе с ними, а
неподвижные — в конце рельсового пути. Подвижные буфера прикрепляются на
мостах к концевым балкам или балансирам, а на тележках — к раме по её
бокам. Комбинированные буфера представляют собой, совокупность подвижных и
неподвижных буферов.
По виду упругого элемента буфера делятся на деревянные, резиновые,
пружинные, пружинно-фрикционные и гидравлические. По конструктивному
признаку буфера бывают одностороннего и двустороннего действия. Буфера
одностороннего действия ставятся на концах рельсового пути или на мостах
кранов в рамах тележек. Буфера двустороннего действия применяются только
для крановых тележек. Буфер двустороннего действия работает в обе стороны и
заменяет два буфера одностороннего действия.
Деревянные буфера, состоящие из дубовых, буковых или кленовых брусков,
можно использовать только при малых скоростях и грузоподъемностях на кранах
с ручным приводом. На рис. 23 показан резиновый буфер завода ПТО им.
Кирова. Буфер изготовлен из монолитной резины, имеющей предел прочности при
разрыве (в(45 кГ/см2, относительное удлинение (=200% и термостойкость от
—30° до +50° С. Энергоемкость буфера БР100 равна 63 кГм, а буфера БР225 она
составляет 645 кГм.
Резиновые буфера отличаются простотой конструкции и компактностью, они
удобны для практического использования. Эти буфера имеют малую отдачу, так
как значительная часть кинетической энергии движущихся масс (до 30—50%) при
сжатии бруска поглощается за счет его внутреннего трения. В некоторых
случаях для повышения энергоемкости и снижения отдачи упругих элементов
резиновый буфер может быть набран из отдельных пластин.
Широкое применение на кранах получили пружинные буфера различных
конструкций (рис. 24). При работе пружинных буферов почти вся кинетическая
энергия движения переходит в потенциальную энергию упругости пружины,
которая возвращается в виде резкой отдачи, вредно отражающейся на элементах
конструкции крана. Пружинные буфера имеют сравнительно небольшую
энергоемкость и значительную длину. Буфера, рассчитанные на большие
нагрузки, собирают из нескольких параллельно работающих пружин, отчего
конструкция буфера становится громоздкой я тяжелой.
Практически без отдачи работают гидравлические буфера, Эти буфера
компактны, обладают большой энергоемкостью. Однако применение их ограничено
из-за сложности конструкции и необходимости в постоянном наблюдении. В
гидравлических буферах кинетическая энергия расходуется на работу,
связанную
с продавливанием жидкости через кольцевое отверстие на дне поршня; эта
энергия почти полностью переходит в теплоту. При нормальной температуре
буфера заливаются веретенным маслом, а при низкой температуре — смесью
спирта с глицерином.
Особенно удобны гидравлические буфера, позволяющие регулировать величину
сопротивления передвижению поршня. К числу таких буферов относится
гидравлический буфер с переменным кольцевым зазором (рис. 25). Перемещение
пустотелого поршня 1 этого буфера сопровождается передавливанием жидкости
через кольцевой зазор в свободную часть корпуса из его внутренней полости,
где находится возвратная пружина 2 и неподвижно закрепленный шток 3.
Площадь кольцевого зазора во время осадки постоянно изменяется, так как
шток имеет переменное сечение, благодаря чему оказывается возможным
осуществить равномерно-замедленное движение поршня с постоянным
максимальным сопротивлением. Наконечник 4 поршня соединен с самим поршнем
через ускорительную пружину 5, способствующую плавному разгону поршня до
скорости движения крана или тележки в момент удара о буфер. Использование,
гидравлических буферов особенно эффективно для мощных быстроходных кранов.
-----------------------
(1)
Рис. 1. Схема механизма передвижения тележки с ручным приводом
(2)
(3)
(7)
(6)
(5)
(4)
(9)
(8)
(10)
(11)
(12)
(13)
(15)
(14)
(16)
Страницы: 1, 2, 3, 4
|
