Сравнительная оценка гибких органов

Рассмотренные типы гибких органов подъемного механизма — пеньковые и проволочные канаты, сварные и шарнирные цепи существенно различаются своими механическими и эксплуатационными качествами — гибкостью, относительной прочностью, надежностью, характером износа, поперечными размерами и весом 1 пог. метра Чтобы установить области рационального применения различных гибких органов, подытожим и сопоставим их характерные особенности.

Пеньковые канаты вследствие малой прочности, которая, кроме того, понижается от истирания волокон и их разложения под действием влаги, почти не применяются в качестве гибкого органа подъемных механизмов, но широко используются для обвязки грузов при подвеске их на крюк.

Сварные цепи значительно тяжелее стальных канатов. Их надежность ниже, чем у проволочных канатов, не обнаруженная своевременно некачественная сварка одного звена может привести к внезапному разрушению цепи при подъеме груза. В отношении гибкости во всех направлениях сварные цепи лучше всех прочих гибких органов, но передача усилия между соседними звеньями у них явно неблагоприятна – теоретически звенья соприкасаются в одной точке, вследствие чего эти места звеньев цепи подвергаются при работе интенсивному износу. Спокойная и бесшумная работа сварных цепей обеспечивается при сравнительно небольших рабочих скоростях до 0,1 м/сек.

Шарнирные грузовые цепи, хотя элементы их изготовляются из высококачественных сталей с соответствующей термической обработкой, оказываются не легче сварных. Шарнирные цепи обладают гибкостью только в плоскости, перпендикулярной к осям шарниров, не допуская изгиба в плоскости шарниров. Даже небольшие искривления цепи в этом направлении (например, при раскачивании подвешенного груза) приводят к одностороннему нагружению ее и перенапряжению пластин. Надежность шарнирных цепей вследствие применения для их изготовления высококачественных сталей и отсутствия сварки безусловно выше, чем у сварных цепей. Допускаемые рабочие скорости шарнирных цепей также выше, чем у сварных цепей.

 Таким образом, при безотносительном сравнении проволочных канатов и цепей все эксплуатационные преимущества оказываются на стороне канатов.

 Несмотря на это, сварные и шарнирные цепи все-таки применяются в качестве гибкого органа подъемных механизмов в соответствующих случаях. Одной из причин применения цепей является то, что при заданной грузоподъемности диаметр приводной звездочки получается значительно меньше, чем диаметр канатного барабана. В связи с этим уменьшается грузовой момент и, следовательно, передаточное отношение, габариты и вес передаточного механизма. Типичным примером подобных механизмов являются переносные ручные тали, в которых поэтому и применяются в качестве гибкого органа сварные и шарнирные цепи, а не проволочные канаты.

Лекция № 6 (2 часа)

Полиспасты

План лекции

6.1Назначение полиспастов.

6.2Типы полиспастов.

6.3 Определение КПД полиспаста

Назначение полиспастов

Полиспаст – это система нескольких подвижных и неподвижных блоков, связанных общим гибким органом (канатом или цепью).Название произошло от греческого слова «рolyspaston», что означает "натягиваемый многими канатами". Принцип действия полиспастов основан на законах использовании рычажных систем и блоков. В основу действия полиспастовтакже положено золотое правило механики: выигрываешь в силе – проигрываешь в расстоянии (и наоборот).

Полиспасты применяются для подьема и подтягивания груза. Введение полиспастов в подьемный или стреловой механизмы крана позволяет уменьшить натяжение тягового органа и грузовой момент на барабане.

Самая простая схема подвешивания груза изображена на рисунке 6.1, а, где один конец каната закреплен на барабане, а на другом конце находится груз массой Q.При этом в канате возникает усилие F= Q.

При увеличении массы грузаQ в канате такжебудет увеличиваться и усилиеF. Так как от величины этого усилия зависят диаметры каната, блоков и барабана, то это приведет к увеличению их размеров и стоимости.

 Поскольку момент на барабане равен произведению усилия в канате на радиус барабана (Т_б= FR_б), то с ростом Fбудет увеличиваться крутящий момент, что приведет к увеличению массы и габаритных размеров механизм подъема, который станет громозким, тяжелым и экономически не выгодным.

В этой связи есть смысл уменьшить усилие в канате, за счет подвеса груза не на одной, а на нескольких ветвях каната:двух (рисунок 6.1, б) или трех (рисунок 6.1, в). В первом случае натяжение каната уменьшается в два раза, а во втором – в три раза, что, соответственно, позволит снизить массу, габариты и стоимость элементов подъемного механизма.

Рисунок 6.1 – Схемы запасовки простейших полиспастов: 1 – барабан; 2 – канат: 3 – неподвижный блок; 4 – крюковая подвеска; 5 – подвижный блок

Одной из основных характеристик полиспаста является кратность, которая определяется как отношение скорости навивания каната на барабан υ_бар к скорости подъема груза υ_гр:

(6.1)

В общем случае кратность полиспаста равна числу ветвей каната, на которых подвешен груз. Кратность полиспаста, изображенногона рисунке 6.1, а – u_п= 1, на рисунке 6.1, б – u_п = 2, на рисунке 6.1, в – u_п = 3.

Типы полиспастов

По принципу действия различаютсиловые и скоростные полиспасты. Силовые полиспасты позволяют выиграть в силе, а скоростные – в скорости.

Полиспаст, изображенный на рисунке 6.2, а является силовым, т.к. груз Qподвешен на двух ветвях каната (u_п = 2). Для этих полиспастов сила тягиF_oи скорость подъема груза уменьшаются в два раза. На практике чаще применяют полиспасты этого типа.

Рисунок 6.2 – Схемы силового (а) и скоростного (б) полиспаста

Полиспаст, изображенный на рисунке 6.2, б, называется мультипликатором. Кратность подобных полиспастов определяется по обратной зависимости:

(6.2)

где υ_п – скорость перемещения обоймы полиспаста.

При использовании подобных полиспастов сила тяги F и скорость подъема грузаυ_гр увеличиваются в два раза, т.е. это скоростной полиспаст. Эти полиспасты применяют главным образом в гидравлических и пневматических автомобильных подъемниках для увеличения скорости подъема автомобиля по сравнению со скоростью движения поршня.

Полиспаст состоит минимум из двух блоков: неподвижного, прикрепляемого к подъемному приспособлению («земле»), и подвижного, к которому крепится поднимаемый груз. Оба блока соединяются между собой канатом. Если число рабочих нитей полиспаста, идущих к подвижному блоку, четное, то конец каната закрепляют к верхнему неподвижному блоку (рисунок 6.3, а, б), а если нечетное – к нижнему подвижному блоку (рисунок 6.3, в, г).

Рисунок 6.3 – Схемы одинарных полиспастов: а, б – с ветвью, сходящей с верхнего блока;в, г – с ветвью, сходящей с нижнего блока

Если канат полиспаста сбегает с верхнего неподвижного блока, то этот блок считается отводным, что необходимо учитывать при расчете полиспастов.

Полиспасты, показанные на рисунке 6.3, называются одинарными, т.к. на барабан наматывается одна ветвь каната (а = 1). При использовании полиспастов, показанных на рисунке 6.3, в, г груз может отклоняться от вертикальной трассы перемещения. Если по технологическим или иным причинам требуется строго прямолинейный подъем груза, то используют сдвоенныеполиспасты, у которых на барабан навиваются два конца канат (а = 2). Подобные полиспасты применяют в мостовых, козловых и других кранах.

Сдвоенный полиспаст (рисунок 6.4) включает барабан 1, на котором закреплено оба конца каната 2. Канат огибает уравнительный блок 3 и подвижные блоки 4 крюковой подвески 5.

При одновременном наматывании обоих концов каната средняя точка на уравнительном блоке 3 остается неподвижной. Уравнительный блок при подъеме груза не вращается и только при неравномерной вытяжке концов каната слегка поворачивается вокруг оси.

а)

б)

Рисунок 6.4 – Схема (а) и крюковая подвеска (б) сдвоенного

полиспаста

Сдвоенный полиспаст по существу представляет два отдельных полиспастакратностью u_п = 2, нагруженных силой Q/2.