ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ. РЕДУКТОРЫ

В крановых механизмах чаще всего применяют зубчатые, реже червячные и цевочные, изредка цепные передачи.

Зубчатая передача - механическая передача, в которой усилие от одного элемента к другому передаётся с помощью зубьев. Зубчатое колесо передачи с меньшим числом зубьев называется шестернёй, второе колесо с большим числом зубьев называется колесом. Пара зубчатых колёс имеющих одинаковое число зубьев — в этом случае ведущее зубчатое колесо называется шестернёй, а ведомое — колесом (рис. 3).

Рис. 3 Зубчатая передача

Основные параметры

Цилиндрические зубчатые передачи: число зубьев шестерни, число зубьев колеса, модуль, угол наклона линии зуба (0 — для прямозубых колёс, 8-20 для косозубых колёс, 25-30 для шевронных колёс), передаточное отношение.

Конические зубчатые передачи: число зубьев шестерни, число зубьев колеса, средний окружной модуль, межосевой угол, передаточное число.

Зубчатые передачи используют для всех механизмов и применяют, как правило, в редукторах; открытые зубчатые передачи применяют реже, в основном по условиям компоновки механизма, при окружной скорости не более 1, 5 м/с. При параллельных осях зубчатых колес в основном применяют цилиндрические эвольвентные передачи. При пересекающихся осях используют конические передачи, чаще всего с межосевым углом 90°.

Наибольшее распространение в механизмах кранов получили редукторы (рис. 4). Редуктор - это механизм, который предназначен для уменьшения скорости вращения и увеличения мощности крутящего момента. Любой редуктор имеет быстроходный (входной) (1) и тихоходный (выходной) (2) валы, с установленными на них зубчатыми колесами (3), опирающиеся на подшипники качения (4), установленные в корпусе (5) редуктора.

Рис. 4 Двухступенчатый горизонтальный цилиндрический редуктор.

 

Существует достаточно разнообразная номеклатура редукторов (рис. 5), которая определенным образом структурирована.

Классификация редукторов

Тип передачи: зубчатые, червячные, зубчато-червячные.

Число ступеней: одноступенчатые, двухступенчатые и т. д.

Тип зубчатых колес: цилиндрические, конические, коническо-цилиндрические и т. д.

Рис. 5 Редукторы.

Относительное расположение валов редуктора в пространстве: горизонтальные, вертикальные.

Особенности кинематической схемы: развернутая соосная, с раздвоенной ступенью и др.

Редуктор и электродвигатель часто объединяют в один компоновочный блок, который называют мотор-редуктором.

Выбор редуктора осуществляется по передаточному отношению ( ), передаваемой нагрузке ( ) при заданном режиме работы (РР). Размер редуктора характеризуется межосевым расстоянием. Также важны такие характеристики, как допускаемая консольная нагрузка на валу и коэффициент полезного действия.

Режим работы механизма – это характеристика работа механизма, учитывающая его использование по нагрузке, а так же число циклов работы.

В настоящее время используется классификация режимов работы по стандарту ИСО 4301/1.

Для механизмов принято 8 классификационных групп режима работы (Таблица 1).

 

Таблица 1

Группы классификации (режима) механизмов

Режим нагружения	Коэффициент распределения нагрузки Кm	Класс использования
		T0	T1	T2	T3	T4	T5	T6	T7	T8	T9
		общая продолжительность использования, ч
		200	400	800	1600	3200	6300	12500	25000	50000	100 000
L1 - легкий	0, 125			M1	М2	М3	М4	М5	М6	М7	М8
L2 - умеренный	0, 250		Ml	М2	М3	М4	М5	М6	М7	М8
L3 - тяжелый	0, 500	M1	М2	М3	М4	М5	М6	М7	М8
L4 - весьма тяжелый	1, 000	М2	М3	М4	М5	М6	М7	М8

 

Группы классификации (режима) механизмов определяются в зависимости от класса использования и режима нагружения. Класс использования (Т₀-Т₉) характеризуется величиной максимальной наработкой механизма в часах за заданный срок службы.

Режим нагружения механизма характеризуется величиной коэффициента распределения нагрузки К_m, определяемого по формуле

                                     (9)

где t_i - средняя продолжительность использования механизма при частных уровнях нагрузки Р_i;

t_T - общая продолжительность при всех частных уровнях нагрузки:

                                                        (10)

Р_i - значения частных нагрузок (уровни нагрузок), характерных для применения данного механизма;

P_max - значение наибольшей нагрузки, приложенной к механизму;

m=3 – показатель степени зависимости.

До сих пор можно встретить предыдущие режимные классификации: по Правилам ГосГорТехНадзора (ГГТН) СССР 1969г и по ГОСТ 25546-82. Примерное соответствие различных режимных классификаций приведено в Таблице 2.

Таблица 2

Примерное соответствие различных режимных классификаций

механизмов крана

по Правилам ГосГорТехнадзора  СССР 1969г	Ручной	Л	С	Т	ВТ
по ГОСТ 25546-82	1М	2М, 3М	4М	5М	6М
по ИСО 4301/1	М1	М2, М3	М4, М5	М6, М7	М8

 

Обозначения редукторов

Серия (тип)

Габарит

Характеристика зацепления

Исполнение

Передаточное число

Вариант сборки

Исполнение входного вала

Исполнение выходного вала

Климатическое исполнение

Серия (тип): 1ЦУ, 1Ц2У, 1Ц3У, Ц2, РМ, РЦД, РК, ВК, Ц2Н, Ц2У, ЦТНД, ЦДНД, Ц3вк, Ц3вк(ф), В.

Габарит: Межосевое расстояние последней (тихоходной) ступени в мм. В редукторах типа РМ, РК, РЦД, Ц2, ВК, Ц3вк, Ц3вк(Ф), В, ЦДНД, ЦТНД суммарное межосевое расстояние всех ступеней.

Передаточное число: по техническим характеристикам для каждого редуктора

Пример:

Редуктор 1ЦУ-160-2-23-Квх-Квых-УЗ

1ЦУ – тип редуктора (цилиндрический одноступенчатый горизонтальный)

160 – межосевое расстояние

2 – передаточное число

23 – вариант сборки

Квх – конический входной вал

Квых – конический выходной вал

У3 – климатическое исполнение

 

Для механизмов подъема чаще используются горизонтальные цилиндрические, как правило, двухступенчатые редукторы типа РМ, РК, РЦД, Ц2, поскольку интервал их передаточных отношений является наиболее подходящим. Типоразмер редуктора определяет его прочностные характеристики (рис. 6).

Рис. 6 Редукторы РМ-750 и РМ-350

 

Чтобы редуктор при действующей нагрузке и режиме эксплуатации выдержал заданный срок службы без поломки необходимо подобрать соответствующий его типоразмер. Подбор выполняется по статическому моменту на барабане (тихоходном валу редуктора ) или по статической передаваемой мощности на быстроходном валу ( ) с учетом частоты вращения быстроходного вала ( ). Выбирается редуктор с ближайшим большим к требуемому значением мощности или момента. Связь мощности и момента определяется зависимостью

                                             (11).

Например, требуемая статическая мощность =34 кВт, номинальная частота вращения ротора двигателя  об/мин (синхронная 750 об/мин), режим работы механизма 4М (т.е. средний). По требуемому передаточному отношению  при вышеуказанных условиях выбираем редуктора из ряда с передаточным отношением  Ц2-400 с передаваемой мощностью , Ц2-500 с передаваемой мощностью , Ц2-650 с передаваемой мощностью . Ц2-400 - недостаточная мощность, Ц2-650 – избыточная мощность, нам подходит Ц2-500.

Редуктор выбираем с передаточным отношением ближайшим к требуемому. Лучше чуть больше требуемого, поскольку при уточнении диаметра барабана (при расхождении требуемого и существующего передаточных отношений на величину более 10%) последний будет изменен в сторону увеличения. Характеристики некоторых редукторов типа Ц2 приведены в приложении 5.

 

КАНАТЫ ГРУЗОВЫЕ

В качестве гибких органов в механизмах подъема используются стальные канаты, как правило, двойной свивки.

Стальной канат (рис. 7) состоит из проволок, получаемых волочением. Проволоки 1 свивают в пряди 2 (одинарная свивка), потом пряди свивают вокруг сердечника 3, в результате получается канат двойной свивки.

 

Рис. 7 Устройство каната.

1 — проволока; 2 — прядь; 3 — сердечник.

 

Сердечник каната может быть следующих видов: органический, изготовленный из органических волокон, пропитанных смазкой; металлический, изготовленный из стальных проволок. Канаты с металлическим сердечником более жесткие. Сердечник выполняет двоякую функцию: во-первых, он заполняет пустое пространство и поддерживает форму каната неизменной; во-вторых, при перегибе каната на блоках или барабане, когда проволоки особенно подвержены трению, сердечник сдавливается, при этом на поверхность выступает смазка, помещенная внутрь.

Стальные канаты различаются по назначению, типу свивки прядей, сочетанию направлений свивки.

По назначению: канат грузолюдской (ГЛ); грузовой (Г).

По типу свивки прядей: канат с точечным касанием проволок в прядях (ТК) (рис. 8 а); канат с линейным касанием проволок в прядях (ЛК) (рис. 8 б); канат с точечно-линейным касанием проволок в прядях (ТЛК). Канаты типа ЛК более гибки, чем канаты типа ТК. Пряди типа ЛК изготавливают из одинаковых по диаметру проволок (ЛК-О), разных проволок в наружном слое (ЛК-Р), разных проволок по слоям (ЛК-РО).

Рис. 8 Канаты по типу касания проволок.

 

По сочетанию направлений свивки прядей и каната: канат одностороннейсвивки (О) (рис. 9 а)- с одинаковым направлением свивки проволок в прядях и прядей в канате; канат крестовойсвивки (рис. 9 б) - с противоположным направлением свивки прядей и каната.

 

Рис. 9 Канаты по типу свивки.

 

Внешне канат крестовой свивки отличается тем, что проволоки на его поверхности располагаются параллельно оси каната. Проволоки каната односторонней свивки располагаются под углом к его оси. Канаты односторонней свивки менее жесткие, но склонны к раскручиванию. В крановых механизмах (в том числе, подъема), а также для изготовления стропов применяют канаты крестовой свивки, более жесткие, но не склонные к рас­кручиванию под нагрузкой. Существуют также нераскручивающиеся (Н) канаты, свитые из предварительно деформированных проволок.

Конструкция каната может быть указана следующим образом:

ЛК-Р 6х19 (1+6+6/6) +1 о.с.,

ЛК-Р – канат двойной свивки с линейным касанием проволок в прядях из разных по диаметру проволок в наружном слое,

6 – число прядей,

19 – число проволок в пряди,

(1+6+6/6) - число проволок по слоям пряди,

1 о.с. – один органический сердечник.

На рис. 10 показано условное обозначение стального каната.

Рис. 10 Условное обозначение стального каната.

Данные о стальных канатах крестовой свивки типа ЛК-Р приведены в приложении 2.

Выбор стальных канатов осуществляется по разрывному усилию, определяемому по формуле

S_P = Z_P× S,                                                             (12)

т.е. должно выполняться условие

F_O³ S_P,                                                                (13)

где F_O - разрывное усилие каната в целом, принимаемое по сертификату (приложение 2);

S_P – расчетное разрывное усилие;

Z_P - минимальный коэффициент использования каната (коэффициент запаса прочности), определяемый по таблице 3 в зависимости от группы режима работы механизма и типа канатов;

S - наибольшее натяжение ветви каната, определенное расчетом.

Причем, при выборе каната, стараются, чтобы отклонение расчетного разрывного усилия от разрывного усилия каната было минимальным, т.к. диаметр каната определяет размер механизма подъема в целом и многих других элементов ПТМ.

Таблица 3

Минимальные значения коэффициентов использования канатов Z_P

Группа классификации механизма по ИСО 4301/1	Подвижные канаты	Неподвижные канаты
	ZP
Ml	3.15	2.50
М2	3.35	2.50
М3	3.55	3.00
М4	4.00	3.50
М5	4.50	4.00
Мб	5.60	4.50
М7	7.10	5.00
M8	9.00	5.00

 

ПОЛИСПАСТЫ

Полиспаст - блочно-канатная система для изменения силы и скорости передвижения каната. Для удобства при изображении полиспаста (рис. 11 а) блоки разворачивают в плоскости листа и размещают друг за другом слева направо, при необходимости (для сдвоенных полиспастов) сечения барабана с закрепленным канатом разносят по разные стороны полиспаста (рис. 11 б).

а)                                           б)

Рис. 11 Сдвоенный полиспаст.

 

Полиспасты бывают прямого (рис. 12 а) и обратного действия (рис. 12 б). Полиспаст прямого действия служит для выигрыша в силе. При этом груз висит на m ветвях каната, натяжение в канате (без учета сопротивления в блоках) S и кратность полиспаста m (передаточное отношение) равны S=G_гр/m, m=V_к/V_п.

Полиспаст обратного действия служит для выигрыша в скорости и пути. В этом случае S=G_гр и тяговое усилие Р=mG_гр; m~V_к/V_п. Такие полиспасты применяют в механизмах подъема с гидро- и пневмодилиндрами.

Полиспаст сдвоенный - полиспаст, оба конца каната которого закреплены на одном или двух барабанах.

Сдвоенный полиспаст представляет собой два параллельных одинарных полиспаста, соединенных на уравнительном блоке. Число ветвей подвеса груза в нем 2m при кратности полиспаста m.

 

а)                                                    б)

Рис. 12 Схемы полиспастов.

 

КПД полиспаста кратностью m определяется зависимостью

 или                                                     

 для сдвоенного полиспаста (14)

где  – КПД блока. Для блоков на подшипниках скольжения ,

на подшипниках качения (наиболее распространены) .

Для полиспастов кратностью  КПД полиспаста .

Тогда, максимальное статическое усилие в канате

.                                                          (15)

А вес груза

,                                                         (16)

где  м/с² – ускорение свободного падения.

 

БАРАБАНЫ

Барабан – это элемент лебедки, предназначенный для сматывания гибких органов (канатов или цепей).

Барабаны изготовляют сварными или литыми из стали и чугуна.

По форме барабаны бывают трех типов: цилиндрические (Рис. 13 а), конические (Рис. 13 б) и гиперболические (Рис. 13 в).

В большинстве случаев используют цилиндрические барабаны с винтовой канавкой и однослойной навивкой каната (для режимных групп 4М и выше).

                       а)                        б)                          в)

Рис. 13 Барабаны.

 

Конические барабаны применяют для выравнивания вращающего момента в тех случаях, когда натяжение каната в процессе навивки постепенно изменяется от наименьшего до наибольшего, что происходит, например, при подъеме стрелы крана или консоли перегружателя; диаметры барабана при этом назначают из условия равенства крутящих моментов на барабане.

Гладкие гиперболические барабаны применяют в шпилях и брашпилях. При наматывании витки каната соскальзывают в среднее положение.

Вращающий момент передается на барабан с помощью зубчатой муфты или посредством зубчатого венца.

Для крепления конца каната на барабане наиболее часто применяют прижимные планки по периметру барабана (Рис. 14 а), а при необходимости сокращения длины барабана крепление с помощью клиновых втулок или прижимными планками с торца барабана (Рис. 14 б). При использовании прижимных планок по периметру барабана под них должно отводиться от 2.5 до 3-х витков нарезки.

а)                                б)

Рис. 14 Виды креплений каната к барабану.

При наинизшем возможном положении грузозахватного органа на барабане должны оставаться навитыми не менее 1.5 витков каната или цепи, не считая витков, находящихся под зажимным устройством.

Минимальный диаметр барабана определяется по формуле

,                                                       (17)

где  - коэффициент выбора диаметра барабана в зависимости от режима работы механизма (таблица 4).

Таблица 4

Минимальные коэффициенты для выбора

диаметров барабана (h1).

Группа классификации механизма по ИСО 4301/1	Коэффициенты выбора диаметров h1
Ml	11.2
М2	12.5
М3	14.0
М4	16.0
М5	18.0
М6	20.0
М7	22.4
М8	25.0

 

Выбор диаметра барабана подобным образом обусловлен обеспечением оптимального срока службы канатов. Диаметр барабана округляется до ближайшего большего значения из стандартного ряда размеров. Для значений, лежащих в пределах от 100 до 1000 мм, можно приближенно считать таковыми числа кратные 10.

Длина барабана для одинарного полиспаста складывается из длины нарезной части и длин двух гладких концов

,                                                    (18)

где  - длина нарезной части,  - расстояние до начала нарезки.

Расстояние до начала нарезки

,                                                             (19)

где  – шаг нарезки, принимается либо по приложению 3, либо в интервале .

Длина нарезной части определяется по зависимости

,                                        (20)

где  – число рабочих витков,  – число витков на крепление каната,  - число запасных витков.

Число рабочих витков определяется по зависимости

.                                                     (21)

Полученное значение округляется до ближайшего большего целого числа.

 

ТОРМОЗА

Для остановки механизма и удержания его в определенном положении в ПТМ используются тормоза и остановы.

Тормоза могут быть подразделены:

1) по конструктивному выполнению рабочих элементов - на колодочные (рис. 15 а), ленточные (рис. 15 б) (усилие прикладывается в радиальном направлении – радиальные тормоза), дисковые (рис. 15 в) и конусные (рис. 15 г) (усилие прикладывается в осевом направлении – осевые тормоза);

2) по характеру действия приводного усилия - на тормоза нормально-замкнутые, замыкание которых создается внешней силой (усилием пружины, весом замыкающего груза и т. п.), а размыкание - действием привода тормоза; нормально-разомкнутые, размыкающиеся постоянно действующим внешним усилием, а замыкающиеся при воздействии привода тормоза; комбинированные, работающие в нормальных условиях как нормально-разомкнутые, а в аварийных условиях - как нормально-замкнутые действием замыкающего усилия.

Рис. 15 Схемы тормозов.

 

Наибольшее распространение в кранах получили колодочные тормоза с приводом от тормозных электромагнитов и электрогидравлических толкателей.

Тормоз колодочный ТКГ, ТКТГ состоит из: толкателя электрогидравлического и механической части. Механическая часть включает в себя: основание; пружина; система рычагов: стойки и, рычаг; колодки; шток; регулировочные винты колодок; регулировочные винты тормоза (рис. 16). Тормоз ТКГ является тормозом нормально закрытого типа.

Пример обозначения тормоза: ТКГ-200; Т – тормоз, К – колодочный, Г – с электрогидравлическим толкателем, 200 – диаметр тормозного шкива.

Механизмы подъема груза и изменения вылета должны быть снабжены тормозами нормально закрытого типа, автоматически размыкающимися при включении привода.

Рис. 16 Тормоз ТКГ-200.

 

Тормоз механизма подъема должен неподвижно удерживать груз на весу с соответствующим коэффициентом запаса торможения. Значения коэффициентов запаса торможения в зависимости от режима работы механизма приведены в таблице 5.

Таблица 5

Значения коэффициентов запаса торможения

режим работы	М1	М2, М3	М4, М5	М6, М7	М8
коэффициент запаса торможения	1.5	1.5	1.75	2	2.5

 

Устанавливают тормоз на быстроходный вал механизма шкивом на конец быстроходного вала редуктора.

Тогда, требуемый момент торможения определяется по зависимости

,                                        (22)

где  - коэффициент запаса торможения, принимаемый в зависимости от режима работы механизма.

По полученному значению требуемого момента торможения выбирают тормоз с ближайшим большим тормозным моментом. Характеристики некоторых тормозов типа ТКГ приведены в приложении 6. Тормозной момент можно регулировать путем изменения длины сжатой пружины (степени сжатия пружины) в интервале до 50-60% от максимального значения момента. Значение отрегулированного момента округляют до ближайшего большего числа кратного 100 или 50. В дальнейших расчетах используют момент тормоза после регулировки.

 

СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ МУФТЫ

Все элементы привода необходимо соединить между собой неразрывной кинематической связью. Это осуществляется при помощи соединительных муфт.

Соединительные муфты используют для постоянного соединения соосных валов с одновременной компенсацией их незначительных угловых и радиальных смещений и иногда - с улучшением динамических характеристик привода.

В качестве таковых в ПТМ используются зубчатые и упругие втулочно-пальцевые муфты.

Зубчатые муфты обладают высокой нагрузочной способностью, их можно использовать в широком диапазоне угловых скоростей и передаваемых моментов. Зубчатая муфта общего назначения (рис. 17) состоит из двух обойм 1 с внутренними зубьями, находящихся в зацеплении соответственно с двумя зубчатыми втулками 2 с наружными зубьями. Каждая из обойм имеет фланец с 6-8 отверстиями под болты, соединяющие их.

 

Рис. 17 Зубчатая муфта

 

Компенсация смещений валов достигается перекосом втулок относительно обойм за счет боковых зазоров и сферической поверхности наружных зубьев

Упругие втулочно-пальцевые муфты отличаются высокой крутильной податливостью и демпфированием, хорошо компенсируют угловые смещения валов. Эти муфты не требуют ухода в процессе эксплуатации, допускают простую замену упругого элемента. Они могут быть использованы для соединения двигателя с передаточным механизмом, т.е. при установке на быстроходной ступени. Эти муфты просты, технологичны, но передают небольшие крутящие моменты, поскольку высокая местная концентрация внешней нагрузки на цилиндрических поверхностях отверстий вызывает образование и развитие трещин в упругих дисках. Эти муфты широко используют в местах установки тормозов. В этих случаях одну из полумуфт выполняют в виде тормозного шкива. Упругая втулочно-пальцевая муфта с тормозным шкивом (рис. 18) состоит из двух полумуфт 1 и 2, установленных на соединяемые валы. На одной из полумуфт (2) установлен тормозной шкив 3 и сделаны отверстия под наборы резиновых дисков 5, находящихся на пальце 4.

 

Рис. 18 Упругая втулочно-пальцевая муфта с тормозным шкивом.

 

Муфты выбирают в зависимости от передаваемого вращающего момента и условий работы по формуле

                                        (23)

где  - расчетный вращающий момент,  - коэффициент запаса прочности,  - действующий вращающий момент на быстроходном (тихоходном) валу, соответственно;  — допускаемый (табличный) вращающий момент, который способна передать муфта.

В общем случае

                                                       (24)

где  - коэффициент, учитывающий степень ответственности соединения (для механизма подъема );  - коэффициент условий работы (работа тяжелая, интенсивная, неравномерные, возможно ударные нагрузки ).

Технические характеристики и размеры некоторых зубчатых муфт приведены в приложении 7, упругих втулочно-пальцевых муфт с тормозным шкивом в приложении 8.

Упругую втулочно-пальцевую муфту с тормозным шкивом допускается подбирать по диаметру тормозного шкива, поскольку выбор тормоза также осуществляется с учетом действующих нагрузок.

 

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться: