Простейшие грузоподъемные механизмы и устройства

2.1. Полиспаст

2.2. Лебедка

2.3. Таль

2.4. Домкрат

2.5. Цепи и канаты

2.6. Звездочки барабаны

Полиспаст

Полиспа́ст (др.-греч. πολύσπαστον от πολύσπαστος) — натягиваемый многими верёвками или канатами) грузоподъёмное устройство, состоящее из собранных в подвижную и неподвижную обоймы блоков, последовательно огибаемых канатом или цепью, и предназначенное для выигрыша в силе (силовой полиспаст) или в скорости (скоростной полиспаст).

В основе работы полиспаста лежит правило механики, которое говорит о том, что за выигрыш в силе приходится платить проигрышем в перемещении. В соответствии с ним полиспасты разделяют на силовые (прямого действия) и скоростные (обратного действия) (рис.2.1).

а)

б)

Рис.2.1. Схемы полиспастов:

а) силового: 1,2 - соответственно подвижные и неподвижные блоки; 3 - канат; 4 – барабан.

б) скоростного: 1 - подвижные блоки; 2 – неподвижные блоки; 3 - канат; 4 – барабан; 5- гидро (пневмо) цилиндр с поршнем.

Основной характеристикой полиспаста является кратность - отношение скорости движения подвижной ветви гибкого тягового органа к скорости подъема груза или отношение (без учета потерь) веса поднимаемого груза к усилию в тяговой ветви каната , или отношение числа ветвей каната, на которые подвешен груз , к числу ветвей каната, навиваемых на барабан . Кратность полиспаста, по сути дела, является его передаточным числом и характеризует выигрыш в силе или скорости:

(2.1)

В полиспасте прямого действия (рис.2.1. а) вес поднимаемого груза распределяется на количество ветвей гибкого органа и усилие в свободной ветви полиспаста (без учета потерь) , скорость этой ветви определится из выражения .

В рассматриваемом полиспасте очевиден выигрыш в силе и проигрыш в скорости и пути.

Применение силовых полиспастов:

ü грузовые – в механизмах подъема грузоподъемных машин (лебедка);

ü стреловые – для изменения вылета стрелы путем ее наклона;

ü тяговые – для горизонтального или наклонного перемещения грузов;

ü замыкающие – в грейферах для замыкания челюстей.

Полиспаст обратного действия (рис.2.1.б) предназначен для выигрыша в скорости и пути, при этом проигрывается в силе. Свое название полиспаст получил из-за того, что поднимаемый груз подвешивается на его свободную ветвь (в отличии от полиспаста прямого действия, в котором эта ветвь является тяговой), а тяговое усилие приложено к подвижной обойме блоков (в случае полиспаста прямого действия эта обойма служит крюковой подвеской для грузов).

Применение скоростных полиспастов: в сочетании с гидравлическими или пневматическими подъемниками в авто- и электропогрузчиках, где необходимо обеспечить небольшой ход поршня гидро- или пневмоцилиндра.

При работе полиспаста возникают потери, связанные с упругими деформациями в проволоке и прядях каната, а также с трением в опорах блока и между отдельными проволоками и прядями, которые оценивают КПД (коэффициентом полезного действия ). Значение зависит от типа каната, угла охвата им блока, диаметра блока и его оси, типа подшипника, количества блоков и др. Для блоков на подшипниках качения на подшипниках скольжения . В связи с потерями на блоках усилия в ветвях каната отличаются друг от друга.

Максимальное усилие при подъеме груза будет в ветви каната, набегающей на барабан, а минимальное - в последней ветви. Максимальное натяжение высчитывается по формуле:

(2.2)

По исполнению различают одинарные (простые) и сдвоенные полиспасты.

В одинарном полиспасте (рис. 2.2. а) один конец каната крепится к барабану, а другой конец к неподвижной части крана или к крюковой подвеске. Недостатком этой конструкции полиспаста является неравномерное распределение нагрузки на опоры барабана при подъеме и опускании груза, что приводит к неравномерному износу подшипников и горизонтальному смещению барабана. Устранить эти недостатки позволяют сдвоенные полиспасты.

Рис.2.2. Схемы полиспастов: а) одинарного; б) сдвоенного:

1 - барабан; 2 – канат; 3 – неподвижная часть конструкции; 4 – уравнительный блок; 5 – крюковая подвеска; 6 – подвижные блоки.

В сдвоенном полиспасте (рис.2.2. б) оба конца каната крепятся к барабану и огибают уравнительный блок, который служит для выравнивания натяжения и длины ветвей каната. Это обеспечивает более равномерное распределение нагрузки на опоры барабана и уменьшает величину его горизонтального смещения.

Уравнительный блок в процессе работы полиспаста не вращается, а только поворачивается в моменты разницы усилий на ветвях каната, поэтому, принимая уравнительный блок за точку крепления каната, сдвоенный полиспаст можно рассматривать как два независимых одинарных полиспаста с нагрузкой в каждом из них, равной половине веса поднимаемого груза.

Сравнение одинарных и сдвоенных полиспастов показывает, что у последних, при одинаковом числе канатов, на которых подвешен груз, меньший выигрыш в силе, больший крутящий момент на барабане и меньшая кратность. Однако за счет сокращения перегибов канатов на блоках увеличивается его долговечность. Кроме того, сдвоенные полиспасты обеспечивают равномерную загрузку металлоконструкций кранов (в особенности мостовых и козловых) при подъеме и опускании груза.

Максимальное натяжение каната высчитывается по формуле:

(2.3)

Применение сдвоенных полиспастов: в механизмах подъёма многих кранов — мостовых, консольных, козловых и других, где постоянство давлений на опоры барабана во время подъёма или спуска груза важно для обеспечения равномерной загрузки металлоконструкции моста под обоими рельсам.

Лебедка

Лебедки - простейшие грузоподъемные машины, преобразующие вращательное движение вала в поступательное движение гибкого органа (каната, троса), используемые для подъема и перемещения грузов.

Лебедка (рис.2.3) состоит из барабана, предназначенного для намотки каната, редуктора и тормозного устройства, предотвращающего самопроизвольное опускание груза (удерживающего поднятый груз на высоте). При ручном приводе на валу редуктора лебедки устанавливают рукоятку. Лебедки применяются как самостоятельный подъемный механизм или как составная часть сложных грузоподъемных механизмов и машин (например, в качестве механизма подъема, вылета, передвижения крана).

Основными параметрами лебедок являются тяговое усилие, канатоемкость барабана, скорость свивки каната (для лебедок, имеющих привод) и масса. Перечисленные параметры, наряду с маркой лебедки и ее номером, выбиваются на табличке, прикреп­ляемой заводом-изготовителем на ее корпусе.

В принципе, сама суть лебёдки – преобразование движения. На входе усилие совсем небольшое, однако, перемещение совершается значительное. На выходе всего лишь крохотное перемещение, но прикладываемое усилие – в несколько тонн! Непременным атрибутом любой подобной машины является редуктор. Именно он преобразует движение в ней. Кроме редуктора, может быть также барабан для троса или цепи. Если применяется цепь – то к ней необходима ещё звёздочка. Иногда, в электрических лебёдках, используется электродвигатель. Как бы то ни было, редуктор всегда остаётся самой важной деталью, и к нему предъявляются особые требования.

Рис. 2.3. Схема ручной лебедки: 1 - станина; 2 – барабан; 3 – съемная рукоятка; 4 – автоматический винтовой грузоупорный тормоз; 5 – блок шестерней; 6 – зубчатые шестерни.

По виду рабочего органа лебедки разделяют на барабанные (один, два или три барабана) и рычажные.

Барабаны лебедок могут быть гладкими и нарезными по винтовой линии. В конструкции рычажных лебедок барабан отсутствует, а канат перемещается через корпус лебедки с помощью тягового механизма, приводимого в действие рукояткой (рычагом, от которого и пошло название этого типа лебедок).

Рычажные лебедки (рис.2.4) выполнены без органа навивки каната. Принцип ее работы основан на протягивании каната через тяговый механизм с помощью двух пар зажимов.

Рис. 2.4. Схема рычажной лебедки: 1-рама; 2-барабан; 3-рукоятка; 4-блок полиспаста; 5-пружина; 6-собачка рукоятки; 7-трос; 8-стопор собачки останова; 9-втулка; 10-ось; 11-крюк; 12-болт скобы; 13-скоба; 14-ось подвижного крюка; 15-подвижный крюк; 16-направляющий хомут.

Для подтягивания груза пружина лебедки 5 устанавливается в нижнее положение, паза собачки 6, что обеспечивает зацепление собачки 6 рукоятки 3 с храповым колесом барабана 2, затем, перемещая рукоятку 3 из одного крайнего положения в другое, наматывают трос 7 на барабан лебедки 2.

Для стравливания груза пружину 5 устанавливают в верхнее положение паза собачки 6, что обеспечивает расцепление собачки рукоятки 6 с храповым колесом барабана лебедки 2. В крайнем положении рукоятки 3 её собачка 6 воздействует на собачку останова 8, выводя её из зацепления и перехватывая зуб барабана 2. Стравливание производится только под нагрузкой.

Возвратно-поступательные движения рычага лебедки3 приводят к разматыванию троса 7 с грузом с шагом в один зуб с барабана 2.

Для предварительного разматывания троса 7 на нужную длину пружину 5 устанавливают в верхнее положение, а собачку останова 8 выводят из зацепления нажатием на нее рукой; при этом трос 7 сматывают с барабана 2, вытягивая его за подвижный крюк 15.

Для увеличения длины троса 7 (при уменьшении тягового усилия лебедки в 2 раза) необходимо удалить ось подвижного крюка 14 и снять крюк 15. После этого снять с троса 7 блок полиспаста 4 и, удалив болт скобы 12, переставить подвижный крюк 15 в скобу 13, соединив их осью 14 подвижного крюка 15; вернуть болт скобы 12 на своё место, закрепив им направляющий хомут 16.

По назначению лебедки делят на подъемные (для подъема груза); тяговые (для перемещения груза) и поворотные (для вращения отдельных частей машин и механизмов). По способу установки - на передвижные и стационарные.

Тяговое усилие ручной лебедки равно 5-80 кН, канатоемкость барабанов 22-150 м, масса 40-1500 кг. Например, ручные лебедки типа ЛР-1,25, ЛР-3,2 и ЛР-5 (ГОСТ 7014-74) обладают на первой передаче соответственно следующими тяговыми усилиями: 12,5; 32 и 50 кН. Канатоемкость первых двух лебедок 50 метров, а треть­ей лебедки - 75 метров. Масса лебедок от 160 до 900 кг.

Электрические лебедки. Устройство и применение в целом аналогично ручной, только вместо ручного привода на валу лебедки установлен электродвигатель. Данный тип лебедок может развивать значительное тяговое усилие (от 2,5 до 50 кН) в длительном режиме работы.

Таль

https://www.youtube.com/watch?v=_aYHt6-_PmY

Ручные тали - компактные подвесные грузоподъемные устройства, смонтированные в одном корпусе с лебедкой. Тали широко применяют для механизации погрузочно-разгрузочных, транспортных и складских работ с тарно-упаковочными и штучными грузами.

По виду гибкого элемента, тали делятся на цепные и канатные (ручные тали преимущественно цепные), по способу установки - на стационарные и передвижные. Стационарные тали подвешивают за крюк к треногам, перекрытиям цехов, балкам, а передвижные к тележкам, которые могут перемещаться по двутавровым балкам. По виду передаточного механизма различают шестеренчатые и червячные тали. Червячные тали выпускаются грузоподъемностью от 0,25 до 12,5 т, а шестеренчатые - от 0,25 до 8 т. Привод тали осуществляют вращением тягового колеса посредством бесконечной сварной круглозвенной калиброванной цепи. Для подъема груза предназначен двукратный полиспаст из пластинчатой грузовой шарнирной цепи с крюковой подвеской.

Электрические тали. Одни из самых распространенных подъемников. Их широкое применение обусловлено компактностью конструкции, удобством и безопасностью эксплуатации, надежностью и долговечностью, малой массой по отношению к грузоподъемности.

Стационарные электротали применяют как самостоятельные лебедки или они являются механизмом подъема крановой грузовой тележки, кранов-штабелеров и лифтов.

Передвижные электротали (электротельферы) подвешиваются к приводным и неприводным тележкам монорельсовых транспортных средств и кранов. При небольшой длине передвижения тали ток (напряжением 380 В) к ее электродвигателю подводится гибким кабелем, а в остальных случаях - троллеями (контактный провод, наподобие троллейбусных, по которому проходит электрический ток для питания тяговых электродвигателей), расположенными сбоку монорельса или над ним. Управление талью осуществляется вручную с пола посредством подвесного пульта управления.

Включение механизмов подъема и движения возможно только при постоянном (непрерывном) нажатии на соответствующую кнопку на пульте управления. Перемещение груза в вертикальной плоскости имеет пределы, при достижении которых срабатывают ограничители крайнего верхнего и нижнего положений, связанные через систему рычагов с концевыми элек­трическими выключателями.

Наиболее распространены электротали, имеющие грузоподъемность от 0,25 до 5 т; высоту подъема от 6 до 30 м; скорость подъема груза до 8 м/мин и скорость передвижения от 20 до 32 м/мин.

Пневматические тали приводятся в действие за счет подачи сжатого воздуха в рабочий цилиндр. Распространение таких талей ограничено из-за необходимости в компрессорных станциях. Тали такого типа находят применение в пожароопасных и взрывоопас­ных производствах.

Домкрат

Домкраты - простые подъемные механизмы с жестким вы­движным органом, применяемым для подъема или перемещения груза на расстояние не более одного метра (рис.2.5). Домкраты используются на строительно-монтажных и ремонтных работах, например при замене колес на автомобилях и другой мобильной техники. Грузоподъемность домкратов достигает 500 т, скорость подъема груза 10-35 мм/мин, собственная масса 3-150 кг.

Рис.2.5. Схема реечного домкрата: а – домкрат реечный; б – тормоз домкрата: 1 – рукоятка; 2 – грузоупорный тормоз; 3 – собачка; 4 – поворотная головка; 5 – рейка; 6 – корпус; 7 – лапа; 8 – храповик.

Основными преимуществами домкратов являются: простота и компактность конструкции; возможность работы без толчков и ударов; возможность точной остановки перемещаемого груза и ряд других.

Домкраты подразделяются на реечные, винтовые (телескопические и простые) и гидравлические.

Высота подъема груза у домкратов не превышает 380 мм, для подъема груза на большую высоту применяют домкраты двойного действия, которые поднимают груз ступенчато, используя при этом прокладки из различных материалов (например, из дерева, металла), наращиваемые по мере подъема груза.

Канаты и цепи

Канат - основной гибкий тяговый (несущий) элемент практически любого грузоподъемного устройства.

Канаты предназначены для

ü соединения груза с захватными органом погрузочно-разгрузочной машины;

ü преобразования вращательного движения барабана механизма подъема лебедки в поступательное движение груза;

ü подвешивания стрел и другого оборудования ПРС;

ü организации подвесных канатных дорог;

ü изготовления различных ГЗУ и их элементов.