Основные теоретические положения. Министерство образования и науки Украины

Министерство образования и науки Украины

Донбасская государственная машиностроительная академия

 

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНЫЕ МАШИНЫ

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К лабораторным работам

Для студентов специальности 7.090214

 

Рекомендовано до використання

в учбовому процесі засіданням

кафедри ПТМ

Протокол № 1 від 15.08.2012 р.

 

 

Краматорск 2012

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

Введение ……………………………………………………………………

1 Лабораторная работа 1. Исследование зачерпывающей способности канатного грейфера………………………………………………………………..

2 Лабораторная работа 2. Исследование нагрузок в канатах грейферной лебедки……………………………………………………………………………..

3 Лабораторная работа 3. Изучение процессов перегрузки материалов подъемными электромагнитами………………………………………………….

4 Лабораторная работа 4. Изучение конструкции и опреде­ление грузовой характеристики башенного крана………………………………………………..

5 Лабораторная работа 5. Изучение конструкций и опреде­ление технических параметров уравновешенных стреловых устройств грузоподъёмных кранов…………………………………………………………....................................

6 Лабораторная работа 5. Исследование усилия и коэффициента зажатия слитка рабочим органом колодцевого крана с применением электронных таблиц EXCEL………………………………………………………………………..

7 Лабораторная работа 7. Исследование нагрузок в кантователе ковочного крана в процессе ковки…………………………………………………………..

Литература………………………………………………………….………

 

Лабораторная работа 1

 

Исследование зачерпывающей способности

Канатного грейфера (4 часа)

Цель работы: изучение конструкции четырехканатного симметричного длиннозвенного грейфера нормального типа; изучение технологии выполнения операций в цикле работы грейфера; исследование факторов, влияющих на зачерпывающую способ­ность грейфера; определение необходимой массы грейфера для конкретного зачерпываемого материала.

 

Основные теоретические положения

 

Грейфером называется грузозахватный механизм с приводом, расположенным либо на самом грейфере, либо вне его, управляемый оператором (крановщиком) из кабины управления и применяющийся для захвата, транспортировки и разгрузки насыпных механизмов и, реже, штучных грузов.

Грейферы делятся на канатные (одно-, двух- и четырехканатные) и приводные (электромоторные, электрогидравлические, гидравличе­ские и пневматические). Подробная классификация грейферов приведена в работе [1].

В том случае, когда в число параметров технической характери­стики крана входит его производительность при работе грейфером, при­меняется только двух- и четырехканатные грейферы. Основные парамет­ры и технические требования к этим грейферам определяется ГОСТ 24599-87 [2]. В настоящей лабораторной работе используется четырехканатный, длиннозвенный симметричный грейфер нормального типа (рисунок1.1).

 

1 - замыкающие канаты; 2 - поддерживающие канаты;

3 - верхняя траверса; 4 - грейферный полиспаст;

5 - звенья (тяги); 6 - нижняя траверса; 7 – челюсти

 

Рисунок 1.1 - Схема четырехканатного грейфера

Симметричность конструкции грейфера при любом его положении на материале и при любом растворе челюстей обеспечивается двумя карами зубчатых колес или зубчатых секторов (на рис.1.1 не показаны), находящихся между собой в зацеплении и установленных на верхней 3 и нижней 6 траверсах. На верхней траверсе зубчатое колесо (зубчатый сектор) жестко связано со звеном 5 и поворачивается вмести с ним относительно оси шарнира. На нижней траверсе зубчатые колеса жестко связаны с челюстями 7. На практике синхронизация поворота звеньев относительно верхней траверсы может быть обеспечена другим способом.

На четырехканатном грейфере применяется сдвоенный полиспаст. В качестве уравнительного устройства чаще всего применятся урав­нительный рычаг или балансир (рисунок 1.2).

 

 

 

 

1 - уравнительные рычаги; 2 - поворотная ось верхних блоков;

3 – неподвижная ось нижних блоков

 

Рисунок 1.2 - Схема запасовки грейферного полиспаста

 

 

Кратность полиспаста четырехкатаных грейферов оставляет от 3 до 8.

Чтобы исключить сход ветвей замыкающего каната с блоков полиспаста, оси верхних и нижних блоков на виде в плане устанавлива­ется под некоторым углом (рисунок 1.3). При этом углы отклонения ветвей каната от осей ручьев блоков в месте набегания не будут превышать допускаемых значений, равных 4...6°.

Управление грейфером осуществляется с помощью замыкающих и поддерживающих канатов, наматывающихся на барабаны соответственно замыкающей и поддерживающей лебедок. Замыкающие и поддерживающие канаты со скоростями V_з и V_п перемещаться независимо друг от друга.

 

1 - ось верхних блоков (заштрихованные кружки);

2 - ось нижних блоков (светлые кружки);

3 - уравнительные рычаги; 4 - ось симметрии верхней траверсы

 

 

Рисунок 1.3 - Схема взаимного расположения блоков

грейферного полиспаста (вид в плане)

 

 

Обозначим скорости канатов на подъем и на спуск как V_зр, V_пп, V_з.с, V_п.с.

В цикле работы грейфера различает следующие операции:

1 Зачерпывание материала, или закрытие раскрытого грейфера, лежащего на материале.

Операция выполняется при движении канатов V_з = V_з.п и V_п = 0

Для хорошего заполнения грейфера необходимо следить, чтобы в течение всего периода закрытия грейфера, поддерживающие канаты имели слабину, позволяющую грейферу внедряться в материал. При этом центр тяжести грейфера опускается. На практике это достигается чаще всего периодическим включением на спуск поддерживающей лебедки.

2 Подъем груженого грейфера: V_з = V_з.п, V_п = V_п.п.

Чтобы уменьшить по времени подъем груженого грейфера одной замы­кающей лебедкой, в момент закрытия грейфера замыкающая лебедка вык­лючается и включается на подъем поддерживающая лебедка с целью вы­борки слабины поддерживающих канатов. После чего обе лебедки однов­ременно включается на подъем. Если не производить предварительно вы­борку слабины поддерживающих канатов и включить поддерживающую ле­бедку в момент закрытия грейфера, то скорость поддерживающих канатов может оказаться значительно больше скорости замыкающих канатов, что приведет к динамическому рывку поддерживающих канатов и даже к не­большому раскрытию грейфера и просыпанию материала. На практике используются специальные схемы управления электроприводами замыкающей и поддерживающей лебедок, которые исключают негативные вышеописанные явления.

3 Спуск груженого грейфера: V_з = V_з.с, V_п = V_п.с.

4 Раскрытие груженого грейфера. Различают варианты:

а V_з = V_з.с, V_п = 0;

б V_з = 0, V_п = V_п.п;

в V_з = V_з.с, V_п = V_п.п;

г V_п V_з.с;

д V_з.с V_п.с.

Варианты а, б, в выполняются при неподвижном грейфере, вари­ант г - при движении грейфера на подъем, вариант, д - при движении грейфера на спуск.

На практике чаще всего применяется вариант а. Вариант в обеспе­чивает наибольшую скорость раскрытия грейфера. Варианты б, г и д применяются очень редко.

Подъем раскрытого порожнего грейфера. Аналогичен операции 2;

Спуск раскрытого порожнего грейфера. Аналогичен операции 3. На практике может выполняться дополнительно операция закрытия раскрытого грейфера на весу. Аналогично операции 1.

Подъем или спуск закрытого порожнего грейфера. Аналогично операциям 2 и 3.

Раскрытие порожнего грейфера. Аналогично операции 4.

Под зачерпывающей способностью грейфера понимается масса за­черпнутого материала

, (1.1)

откуда

(1.2)

где К - коэффициент заполнения грейфера;

- насыпная плотность материала, т/м³;

V₃₀ - номинальная емкость грейфера, м³.

Согласно ГОСТ 24399-87 номинальной емкостью грейфера называ­ется сумма объемов "наливной" призмы с поперечным сечением АСDА (рисунок1.4) и "условной" призмы с поперечным сечением в виде равно­бедренного треугольника АВС о углом наклона боковых сторон 30°.

 

 

Рисунок1.4 - Схема к определению емкости грейфера

 

Тогда

, (1.3)

 

где F_АСДА, F_АВСА - площади соответствующих контуров (см.рис.1.4), м²,

В - ширина грейфера (расстояние между внутренними поверхностями боковых стенок челюстей), м.

Необходимо отметить, что угол α = 30⁰ представляет собой угол естественного откоса некоторого условного материала. Углы естественного откоса зачерпываемых материалов в той или иной степени будут отличаться от вышеуказанного значения. Поэтому объем зачерпнутых одним и тем же грейфером двух видов материалов с отличающимися значения α будет различным при условии ра­венства других параметров (насыпной плотности, размеров частиц, характеристики податливости грунта). Но эта разница в объемах будет незначительней ввиду того, что в формуле (1.3) F_АВСА F_АСДА. Отсюда можно сделать вывод, что влияние α на коэффициент заполнения K будет несущественным и что определение коэффициента K по формуле (1.2) правомерно.

Максимальные значения K согласно ГОСТ 24699-87 для равных материалов находятся в пределах K_max = 0,9...1,3, На практике считаются удовлетворительными результаты, когда при испытании грейфера получены значения: K 0,63 для труднозачерпываемых материалов и K > 0,8 для остальных материа­лов.

На зачерпывающую способность грейфера влияют следующие факторы: масса грейфера, кратность грейферного полиспаста, размерь грейфера, наличие или отсутствие зубьев на ножах челюстей, наличие или отсутствие интенсифицирующих устройств (например, вибраторов), скорость зачерпывания, характеристики навалочных материалов.

В настоящей лабораторной работе исследуется влияние на зачерпывающую способность грейфера только трех факторов: массы грейфера, кратности грейферного полиспаста и характеристик зачерпываемых ма­териалов.

Для грейферного крана должно выполняется условие

 

Q m_гр + m_М, (1.4)

 

где Q - номинальная грузоподъемность крана;

m_гр - масса грейфера;

m_M - масса зачерпнутого материала.

Формула (1.4) может быть записана в виде равенства

 

Q = К_гр (m_гр + m_М),

 

где К_гр - коэффициент использования крана по грузоподъемности.

Грейфер считается удачно выбранным, когда для конкретного ма­териала будем иметь К_гр = 0,95... 1,05.

Представим равенство (1.5) в виде

Q = К_гр m_M ( + 1),

где - относительная масса грейфера.

Из (1.6) следует, что снижение массы грейфера, т.е. уменьшение , при обеспечении необходимой зачерпывающей его способности позволяет либо уменьшить грузоподъемность крана без изменения его производительности, либо увеличить производительность крана без изменения его грузоподъемности.

Кратность полиспаста определяет усилие внедрения грейфера в ма­териал и, в конечном результате, влияет на его зачерпывающую способность. Увеличение кратности полиспаста увеличивает зачерпывающую способно­сть, но при этом возрастает время зачерпывания, и наоборот.

На практике нужно стремиться как к снижению массы грейфера, так и к снижению кратности грейферного полиспаста. Возможные зависи­мости коэффициента заполнения грейфера от массы грейфера и кратности грейферного полиспаста для разных материалов показаны на рисунке 1.5.

Кривые на рисунке 1.5 свидетельствует о том, что для одного материала (тонкие линии) при полном диапазоне изменения массы грейфера , кратности полиспаста U_min … U_max заполнение грейфера является недостаточным, т.е. грейфер не подходит для данного вида материала. Для другого ма­териала (линии средней толщины) хорошее зачерпывание имеет место при минимальной массе грейфера и минимальной кратности полиспаста, т.е. это идеальное решение. Для третьего вида материала (толстые линии) выбор типоразмера грейфера следует производить исходя из опыта эксплуатации грейферов.

 

 

Рисунок 1.5 - Зависимость коэффициента заполнения от массы грейфера

и кратности грейферного полиспаста

 

 

Рекомендуется при проектировании грейферов кратность грейферного полиспаста принимать равной [3]:

- при 0,8…1,2 т/м³ U = 3...4;

- при 1,2...2,0 т/м³ U = 4…5;

- при 2…3,2 т/м³ U = 5…6.

Задаваясь рекомендуемыми значениями U, по графикам можно определить необходимую массу грейфера.