Механизмы поворота
Механизм поворота перемещает груз в горизонтальной плоскости
или поворачивает его относительно заданной оси. Такими механизмами снабжают
стационарные поворотные краны, совершающие поворот относительно фундамента,
стены, колонны, или рамы машины, а также кантователи, штабелеры и т. п.
Силы,
действующие на опоры, и схемы механизмов поворота
Краны и
погрузчики опираются на подшипники А и Б (рис. 34, а), на которые действуют
силы:
без противовеса
H=g(GL+Gкl)h. (109)
При противовесах, соответственно в
нагруженном и ненагруженном состояниях
H' =g(GL + Gкl –G0l0)/h; H"=g(G0l0 – Gкl)/h, (110)
где G, Gк и G0 — соответственно массы груза, крана и противовеса;
L, l и 10 — плечи действующих сил. Величина момента от противовеса
при H' = H''
gG0l0 = g(0,5GL+Gкl). (111)
Значения G0 и l0 выбирают из соображений
рационального размещения массы противовеса.
Суммарная осевая
сила на опорное устройство
T=g(G+Gк+G0). (112).
Различают краны с поворотной
колонной (рис. 34,а), неповоротной колонной (рис. 34,б) и на поворотном круге
(рис. 34,в).
Рис. 34. Схемы поворотных кранов: а
— стенного; б — на колонне с противовесом; в — на поворотном круге; 1-колесо;
2— круговой рельс; 3 — центральная цапфа; 4 — ролик.
Рис. 35. Схемы поворотных механизмов: а, б, в и г – механических, д, е, ж
и з
- гидравлических (цепного, реечного, секторного,
винтового); 1 – колонна крана; 2 - гайка; 3 - винт; 4 - надпоршневая полость; 5 - поршень; 6 –
шток.
Поворот совершается вручную или
двигателем при помощи механизмов, кинематика которых видна из рисунка
В гидравлическом винтовом механизме
масло под давлением подается в надпоршневое
4 или подпоршневое пространство. Поршень
5 вместе со шлицевым штоком
6, перемещаясь при помощи винта 5, поворачивает гайку 2, а вместе с нею и колонну
1 крана.
Определение
сопротивлений и тормозного момента при повороте
При повороте крана в период пуска
действуют сопротивления: ют сил трения в опорах — Мтр; от ветровой
нагрузки на груз и конструкцию крана Мв — от силы тяжести груза и
поворотной части крана при работе на косогоре — Мб; от инерции
вращающихся масс крана и груза — Ми.г и вращающихся деталей приводного
механизма — Ми.в. Суммарный момент на валу двигателя
Мп = (Мтp+Мв+Мa+Ми.г)/i0з0+Ми.в, (113) при установившемся
движении
М = (Мтр+Мз+Мб)/iз0. (114)
Момент
сопротивления повороту от сил трения. Для кранов (см.
рис. 34)
где Ml = fHr'ц; M2 = fHr''ц — моменты трения соответственно в верхней
и нижней цапфах;
М3= 0,33fTdn — момент трения в пяте.
Момент сопротивления повороту от давления ветра
Мв = рв(Fг + Fк)lв (115)
где рв
— давление ветра, равное 250 Па;
Fг и
Fk — соответственно подветренные
площади груза и крана;lв — плечо приложения ветровой
нагрузки.
Момент
сопротивления на косогоре
Mб=g(GL+Gкl) sinб, (116)
где б — угол
уклона поля или перекоса работающего крана.
Мощность
электродвигателя для установившегося режима работы, кВт,
где nк — частота вращения крана, об/мин,
определяемая по заданной окружной скорости груза.
Для определения мощности двигателя
при пуске учитывают момент, необходимый для ускорения движения груза и крана.
Он в несколько раз больше, чем момент от сил трения в опорах.
Момент
для ускорения массы груза и поворотной части крана относительно оси вращения
Ми.г =
(Iг
+Iк)И
(118)
где И = ртк: 30tп — угловое ускорение;Iг= GL2 — момент инерции груза; Iк = ∑Ix — момент инерции крана.
Момент инерции
стержня рамы крана относительно оси х определяют по формулеIx = 0,33Gx(r12r1r2 + r22),
где Gx — масса стержня рамы крана;
r1 и r2 — соответственно радиусы поворота
концов стержня.
Момент
на валу двигателя для ускорения вращающихся деталей механизма находится, как и для механизмов
подъема и передвижения:
По суммарному моменту в период пуска, определяемому по формуле (113), наибольшая пусковая мощность будет равна Nп = Мпnд/9550 (119) Номинальная мощность, по которой выбирают электродвигатель, равна Nн = Nп/ц (120) где ц = 1,3...1,8 —коэффициент пусковой перегрузки двигателя. Выбрав по каталогу двигатель, проверив запас момента и время пуска в сравнении с допускаемым tп = 3...7 с, можно определить общее передаточное отношение механизма:i = n : n = i1i2i3…, где nк = х : 2рL — частота вращения, об/мин; здесь х — скорость вращения крана, обычно не превышающая 100 м/мин, L — вылет крана, м. При машинном приводе частота вращения крана колеблется в пределах 0,4...2 об/мин. Поэтому передаточные механизмы поворота обладают большим передаточным отношением. Практически механизмы поворота могут быть двух- и трехступенчатыми. Первые состоят из двух зубчатых передач (цилиндрической и конической) imax ≈ 30 (рис. 35,б), из червячной и цилиндрической пар tmax ≈ 600 (рис. 35, а) или двух червячных передач imax до 5000. Вторые состоят из червячной передачи и двух цилиндрических зубчатых пар с передаточным числом imax до 3500 (рис. 35, б). Не рекомендуется в механизм поворота ставить самотормозящие передачи, так как это может сократить время торможения до 0,1...0,2 с и привести к большим усилиям в механизме. Для снятия перегрузок ставят фрикционную муфту, допускающую пробуксовку. При действии на опорное устройство в виде поворотного круга (см. рис. 34, в) трех основных сил: соответственно от масс груза gG, поворотной части gGк и противовеса gG0 — их равнодействующая может быть приложена внутри опорного контура, когда а <0,5D, и вне контура при a > 0,5D). Из уравнений моментов сил следует: в нагруженном положении крана
Отсюда находим подтверждение, что R2 > 0, если a < 0,5D, и R2 < 0 при а > 0,5D, когда необходимо устанавливать обратные ролики 4. При отсутствии обратных роликов отрывающую нагрузку будет воспринимать центральная цапфа. При a ≈ 0,25D реакция R2 положительна и центральная цапфа (диаметр dц) не нагружена, тогда момент сопротивления от трения будет равен
где r и r0 — соответственно радиусы пяты центральной цапфы. Тормозной момент для механизма поворота определяют так же, как для механизма подъема и передвижения: Мт = Мв + Мб + Ми.г+ Ми.в – М. (126) При расчете тормозного момента следует особо тщательно учитывать момент от инерции вращающихся масс груза, крана и механизмов передач. На основании изложенного ранее момент от инерции вращающихся масс, приведенный к валу двигателя, будет
Время торможения при щ = рnк:30 будет равно tт = 2ц : щ , где ц — угол поворота крана за время торможения рекомендуется принимать: для легкого режима работы ц = 15°, для среднего — ц = 20°, для тяжелого — ц = 30°. Конструкции механизмов поворота грузоподъемных и погрузочных машин зависят от условий работы, характера нагрузок, рода привода.
