Режимы работы грузоподъемных и транспортных устройств

При выборе грузоподъемных и транспортных устройств необходимо учитывать характер и свойства грузов, направление и длину пути транспортирования, необходимую производительность, а также характер и особые условия производственного процесса, которые влияют на режим их работы.

Основным параметром грузоподъемных машин является их грузоподъемность, характеризуемая массой номинального рабочего груза, на подъем которого рассчитана машина. Номинальная грузоподъемность, включая массу сменных грузозахватных органов и приспособлений, характеризует инерционные и гравитационные свойства транспортируемого груза и не зависит от ускорения свободного падения в месте действия машины.

В отличие от массы сила тяжести (сила притяжения тела к земле) зависит от ускорения свободного падения в месте действия машины и измеряется в ньютонах (Н). Вес тела — это сила, с которой тело воздействует на опору или подвес. Если тело и опора неподвижны относительно земли, то вес тела равен силе тяжести. При подъеме с ускорением вес тела больше силы тяжести, а при спуске с ускорением вес тела меньше силы тяжести.

Основной характеристикой транспортирующих машин является массовая Q (т/ч) или объемная (м3/ч) производительность.

При любом способе перемещения груза возникают сопротивления, препятствующие его движению. Силу Ft, действующую в направлении движения и сообщающую грузу движение с постоянной скоростью, называют тяговым усилием. По тяговому усилию и скорости находят мощность (Вт) привода грузоподъемных и транспортных устройств:

Для приведения в движение рабочих органов грузоподъемных и транспортных устройств используют приводы двух типов: ручной и машинный

На выбор типа привода влияют: наличие и возможность использования того или иного вида энергии; грузоподъемность, производительность и режим работы машины; соответствие размеров двигателя требованиям рациональной компоновки машины; удобство управления.

Наиболее простым типом привода является ручной. В настоящее время его применяют только в тех устройствах, которые предназначены для подъема и перемещения небольших грузов с малой скоростью и на короткие расстояния, например в домкратах, монтажных лебедках и талях. Ручной привод могут иметь механизмы подъема, передвижения и поворота. Расчетные зависимости являются одинаковыми для всех типов механизмов.

Схемы механизмов подъема с ручным и машинным приводом приведены на рис.1

механизмы подъема
Ручной привод
Ручной привод
Рис.1. Механизмы подъема а) – с ручным приводом и зубчатой передачей; б) - с ручным приводом и червячной передачей; в) – с машинным приводом.

Ручной привод с рукояткой (рис. 2, а) применяют тогда, когда ось вращения рукоятки можно расположить на высоте 900 ...1100 мм от уровня пола. Если приводной вал механизма располо-жен на значительной высоте, применяют тяговые цепные колеса (рис. 2, б), приводимые во вращение бесконечной кругло¬звенной цепью. Тяговые колеса имеют направляющие, препят¬ствующие спаданию с них тягового элемента.

Ручной привод
Ручной привод
Рис. 2. Приспособления для ручного привода а) – приводная рукоятка; б) – тяговое цепное колесо

В зависимости от продолжительности работы усилие оператора и скорость его движений изменяются. При непрерывной работе усилие на рукоятке Ft = 80 ... 100 Н, скорость движения руки рабочего ?р = 0,9 ... 1,2 м/с; при кратковременной работе Ft = 200 Н и ?р = 0,5 ... 0,6 м/с. При непрерывной работе усилие оператора на тяговой цепи Ft = 100 ... 160 Н, ? р = 0,6 ... 1,0 м/с; при кратковременной работе Ft = 300 ... 400 Н, ? р = 0,3 ... 0,4 м/с. Проверку элементов ручного привода на прочность проводят на возможное усилие, равное весу рабочего (800 Н).

Главным недостатком ручного привода является то, что сила, прикладываемая рукой человека, невелика, а следовательно, мощность привода незначительна и возможность его использования сильно ограничена. Так, мощность ручного привода со стандартной рукояткой при непрерывной работе составляет Р= Ft ? р = 100*1 = 100 Вт.

В настоящее время все большее применение находит машинный привод. Привод от двигателей внутреннего сгорания и паросиловой установки чаще всего применяют тогда, когда отсутствует электроэнергия. Гидравлический привод используют в автомобильных и тракторных прицепах (для опрокидывания кузова), в погрузчиках навесного типа, а также в системах управления механизмами грузоподъемных и транспортных машин. Пневматический привод применяют во взрывоопасных помещениях и там, где имеется подвод сжатого воздуха для нужд основного производства.

Из машинных приводов наибольшее распространение получил электрический. Типовой механизм подъема грузоподъемных машин показан на рис. 1, в. При подъеме груза на барабан 2 наматывается тяговый элемент, который с блоком 6 образует полиспаст. Через редуктор 3 вал барабана 2 получает вращение от электродвигателя. Поднятый груз удерживается от падения тормозом 4, установленным на шкиве муфты электродвигателя.

Электрический привод является наиболее прогрессивным благодаря высокому КПД, возможности применения двигателей для каждого механизма, удобству управления и постоянной готовности к работе, возможности пуска двигателей под нагрузкой, так как они допускают значительную кратковременную перегрузку, удобству реверсирования, простоте подвода электроэнергии и невысокой ее стоимости.

В грузоподъемных машинах более удобными для использования являются двигатели постоянного тока (серии ДП), которые имеют повышенные пусковые моменты и позволяют регулировать скорость в широких пределах. Однако применение двигателей постоянного тока требует наличия специальных устройств (выпрямителей), преобразующих переменный ток в постоянный. Поэтому преобладающее применение нашли асинхронные электродвигатели переменного тока (трехфазные). Электродвигатели переменного тока выпускают с короткозамкнутым ротором и контактными кольцами. Электродвигатели с короткозамкнутым ротором включают непосредственно в сеть, поэтому в период включения пусковой ток в 4 ... 6 раз превышает номинальный при установившемся движении, т. е. такие двигатели имеют повышенные пусковые моменты. Двигатели с контактными кольцами, как и двигатели постоянного тока, включают в сеть с помощью регулируемых сопротивлений. Вследствие этого имеется возможность плавного изменения крутящего момента и частоты вращения ротора электродвигателя. Для грузоподъемных машин, ввиду повторно-кратковременного режима их работы (частые пуски и остановки), применяют крановые трехфазные электродвигатели типа МТ с контактными кольцами или типа МТК с короткозамкнутым ротором.

Кроме специальных крановых электродвигателей, применяют асинхронные двигатели общепромышленных типов. Так, для привода кран-балок и подъемников широко используют асинхронные электродвигатели с повышенным скольжением ротора (тип АС и АОС) и электродвигатели с фазовым ротором (тип АК и АОК), а для транспортирующих непрерывного действия с тяговым органом — электродвигатели с повышенным пусковым моментом (тип АР и АОР).

Максимальный вращающий момент выбранного двигателя должен быть меньше пускового (включающего как момент статического сопротивления, так и моменты инерции вращающихся и поступательно движущихся масс груза и механизмов), определенного для заданного режима работы с номинальным грузом.

Грузоподъемные и транспортные устройства рассчитывают в три этапа: сначала определяют производительность, затем проводят силовой расчет и только потом рассчитывают прочность деталей машины. Расчет производительности позволяет определить количество груза, которое может перемещать грузоподъемная или транспортирующая машина в единицу времени.

При силовом расчете определяют необходимые мощности двигателей всех механизмов, а также усилия, воспринимаемые и передаваемые деталям проектируемого устройства. Нагрузки, которые необходимо учитывать при расчете механизмов, вычисляют для двух состояний — для полного использования грузоподъемности при номинальном режиме работы и для полного использования грузоподъемности при резких пусках и торможениях.

Расчет на прочность позволяет определить размеры деталей в проектном расчете. Выбирая материал и допускаемые напряжения при проверочном расчете, необходимо учесть требования, предъявляемые к грузоподъемным или транспортным устройствам: обеспечение безопасности людей, сохранность груза и целости машины; влияние ударной нагрузки, появляющейся при сильно ослабленном канате, влияние режима работы механизма и т. д.

Нормы и правила, обязательные при конструировании, расчете и эксплуатации грузоподъемных и транспортных устройств, установлены в Украине законодательным путем, а разработка правил и контроль за их выполнением возложены на Госгортехнадзор.

Кроме Правил Госгортехнадзора, имеются и ГОСТы. Так, ГОСТ 25835—83 по условиям эксплуатации разделяет механизмы на шесть групп режимов работы 1М ... 6М, определяемых сочетанием семи классов использования А0 ... А6 и четырех классов нагружения В1 ... В4 (табл. 1).

Класс использования определяется временем работы механизма за срок службы от 800 до 25 ... 50 тыс. ч

К группам режимов работы относят примерно следующие механизмы:

  • 1М — краны с ручным приводом, стреловые самоходные краны;
  • 2М — редко используемые краны с электроталью и мостовые краны;
  • ЗМ — краны с электроталью общего назначения и настенные краны;
  • 4М — краны с электроталью литейных цехов и консольные краны на колонне;
  • 5М — литейные краны и консольные передвижные краны литейных цехов;
  • 6М — краны с автоматическим грузозахватным органом.

В зависимости от условий эксплуатации все механизмы грузоподъемных машин имеют различные режимы работы.

Весьма тяжелый режим работы является следствием высоких требований, предъявляемых к производительности машины. При этом режиме увеличиваются как загрузка механизма, так и скорости движений, повышаются динамические перегрузки неустановившегося движения (разгон и замедление), что отрицательно сказывается на надежности механизма или машины. Таким образом, от режима работы механизма зависит выбор как коэффициентов запаса прочности его деталей, так и параметров приводного двигателя, тормозного устройства и системы управления механизмами.

При расчете механизма и металлических конструкций различие в режиме работы учитывают коэффициентом К нагружения, ориентировочные значения которого приведены в табл. 1. При расчете деталей на выносливость необходимо исходить из суммарного времени работы механизма А0 ... А6 за полный срок его службы и характера изменения нагрузки в течение рабочего цикла. Желаемый срок службы механизма 15 ... 25 лет.

Рассчитывая на усталость детали механизма за весь срок ее службы учитывают общее число нагружений.

Грузоподъемные и транспортные устройства, в первую очередь грузоподъемные, во время работы могут представлять опасность для обслуживающего персонала и лиц, находящихся в зоне их действия. Поэтому при изготовлении основных грузоподъемных машин (кранов, подъемников и др.) и некоторых транспортирующих машин (эскалаторов) запасы прочности в наиболее ответственных механизмах, а также правила их эксплуатации регламентируются государственным законодательством. Разработка новых положений и надзор за их выполнением осуществляется Госгортехнадзором Украины во всех отраслях промышленности.

Госгортехнадзор Украины ведет работу на местах через своих инспекторов, контролирующих как заводы-изготовители, так и предприятия, эксплуатирующие грузоподъемные устройства. Главная цель мероприятий по технике безопасности — сделать труд рабочих безопасным и способствовать лучшему использованию машин, уменьшению простоев и повышению производительности труда.

Техника безопасности предусматривает мероприятия, направленные на устранение причин производственного травматизма, овладение безопасными приемами работы и организацию содержания машин, обеспечивающую безопасность работы.

Каждое новое подъемно-транспортное устройство, поступившее в эксплуатацию, должно иметь заводской паспорт и инструкцию по эксплуатации (при необходимости сертификат происхождения или сертификат системы УкрСепро, допускающий использование импортной грузоподъемной техники, на территории Украины). Для приема машины в эксплуатацию администрация назначает комиссию. Акт приема комиссией служит основным техническим документом, допускающим машину к эксплуатации. Перед пуском в эксплуатацию машине присваивают инвентарный номер, под которым ее регистрируют в специальной книге учета. Ответственность за состояние машины в процессе ее эксплуатации приказом администрации возлагается на инженерно-технического работника соответствующей квалификации. Работу на машине, уход за ней, ежедневное наблюдение, а также текущий ремонт поручают квалифицированным рабочим.

По существующему законодательству грузоподъемные машины допускают к эксплуатации только в том случае, если они соответ¬ствуют требованиям, разработанным Госгортехнадзором и обязательным для всех предприятий, изготовляющих и эксплуати¬рующих подъемно-транспортные машины. Безопасная эксплуатация грузоподъемных и транспортных устройств обеспечивается при соблюдении следующих правил технического надзора: через каждые 10 суток работы машину детально осматривают и проверяют действие всех механизмов; через каждые 12 мес. независимо от того, работала машина или бездействовала, а также после капитального ремонта производят техническое освидетельствование и испытание машины с состав¬лением акта освидетельствования и отметкой в журнале осмотров.