Механизм подъема и его расчет

Ñîäåðæàíèå

Введение

Исходные данные

1. Расчет механизма подъема

1.1 Определение массы подвижных частей механизма подъема

1.2 Расчет и подбор каната

1.3 Расчет канатоведущего шкива

1.4 Расчет натяжения канатов подвески в рабочих и испытательных режимах

1.5 Выбор электродвигателя

1.6 Расчет редуктора лебедки подъемника

1.7 Расчет тормоза лебедки привода

1.8 Расчетное обоснование геометрических характеристик ручья КВШ

2. Расчет механизма подъема монтажного крана

2.1 Выбор каната

2.2 Определение размеров барабана

2.2.1 Диаметр барабана

2.2.2 Длина барабана

2.2.3 Толщина стенки барабана

Список литературы

Введение

Строительные подъемники — это грузоподъемные машины, предназначенные для подъема (спуска) груза и людей с помощью грузонесущих органов (клетей, кабин), перемещающихся по направляющим. Направляющие бывают вертикальные и наклонные. Подъемники с наклонными направляющими в строительстве почти не применяются.

По назначению подъемники подразделяются на грузовые и грузопассажирские. Первые служат только для транспортирования грузов, вторые — грузов и людей.

По способу установки подъемники бывают стационарные и передвижные. Стационарные не перемещаются относительно здания в процессе работы, передвижные (как правило, грузовые) — могут перемещаться. Стационарные подъемники, в свою очередь, бывают приставные, т. е. крепящиеся к зданию при их установке, и свободно-стоящие, устанавливаемые без этих креплений. Передвижные подъемники бывают несамоходные и самоходные.

Тип грузонесущего органа подъемника зависит от его назначения: грузопассажирские подъемники оборудованы кабинами, грузовые — выдвижными, невыдвижными, поворотными платформами, выдвижными рамами и монорельсами, с помощью которых груз подают внутрь проема здания и опускают на междуэтажное перекрытие, а также саморазгружающимися ковшами.

Подъемники выпускаются с канатным и бесканатным механизмами подъема. Подъемники с канатным механизмом подъема оборудуются барабанными лебедками или лебедками с канатоведущими шкивами; с бесканатным механизмом подъема — зубчато-реечным или цевочно-ре-ечным механизмом.

По способу монтажа (степени мобильности) подъемники подразделяются на немобильные, т. е. разбираемые при демонтаже на секции и перевозимые в таком виде с объекта на объект, и мобильные, не разбираемые при демонтаже на секции и перевозимые собранными.

По конструкции направляющих подъемники с вертикальными направляющими делятся на две группы: с подвесными (гибкими) направляющими и с жесткими направляющими.

Подъемники с подвесными направляющими экономичны. Однако область применения их ограничена тем, что консольные рамы можно устанавливать не на всех зданиях, кроме того, при большой высоте подъемника его грузонесущий орган раскачивается в поперечном направлении. В этих подъемниках затруднено применение устройств, обеспечивающих безопасность эксплуатации при обрыве грузового каната. Применение подъемников ограничено также потому, что при их работе используется несущая способность зданий, т. е. нагрузки, действующие на подъемник, передаются на здание, что не всегда допустимо. Подъемники с жесткими направляющими бывают мачтовые (стоечные) и шахтные.

По сравнению с подъемниками, имеющими подвесные направляющие, подъемники с жесткими направляющими обладают большими преимуществами. Груз, поднимаемый подъемником с жесткими направляющими, не раскачивается, что позволяет увеличить скорость подъема груза и повысить производительность подъемника. Ходовое устройство грузонесущего органа при перемещении по жестким направляющим не перекашивается, при этом грузонесущий орган точно останавливается на заданной высоте и подает груз в намеченное место. На этих подъемниках можно устанавливать устройства, обеспечивающие безопасность эксплуатации их при обрыве грузового каната. На подъемниках с жесткими направляющими вертикальные нагрузки, действующие на подъемник, передаются на его опорную часть, а не на здание, что имеет большое значение при строительстве зданий повышенной этажности. Из подъемников с жесткими направляющими шахтные более сложно монтируются, с их помощью нельзя транспортировать длинномерные грузы. Из всех рассмотренных типов подъемников мачтовые (стоечные) наиболее распространены.

Исходные данные

Параметр	Единицы измерения	Значение
Грузоподъемность	кН	10
Высота подъема	м	110
Скорость подъема	м/мин	45
Размеры кабины: А х В х С	мм	1900 х 2000 х 3400

Мачтовый грузопассажирский подъемник МГП-1000-110 применяется для строительства высоких зданий (до 30 этажей). Подъемник состоит из опорной рамы, на которой монтируется машинное отделение и посадочная площадка, противовеса мачты и центрально подвешенной кабины. В верхней части мачты располагается блочная головка и монтажная стрела.

Лебедка этого подъемника (рис.1) состоит из двухскоростного электродвигателя 1, соединенного с ведущим валом червячного редуктора 2 с помощью эластичной муфты. На ведомой полумуфте установлен колодочный тормоз. К ведомому валу редуктора через зубчатую муфту присоединен вал, на котором свободно посажены монтажный барабан 6 и канатоведущий шкив 4.

Монтажный барабан и канатоведущий шкив включаются с помощи рукоятки 7 зубчатой муфты 5. Вихревой генератор 3 предназначен для обеспечения плавного разгона и торможения кабины.

Все детали лебедки смонтированы на общей раме.

рис.1. Кинематическая схема лебедки

На поверхности канатоведущего шкива 1 (рис.2) есть четыре клиновидных ручья, в которых располагается четыре грызовых каната, огибающие шкив. За счет натяжения, создаваемого весом противовеса, канатов, кабины, канаты прижимаются к поверхностям ручьев. При этом возникает сила трения, которая предотвращает самопроизвольное проскальзывание канатов относительно шкива при его вращении и обеспечивает передачу канату тягового усилия, необходимого для перемещения кабины. Чтобы канат на канатоведущих шкивах не проскальзывал, масса противовеса должна быть в 1,5 раза больше массы кабины с полезной нагрузкой

рис.2. схема запасовки грузовых канатов

На подъемнике МГП-1000 четыре грузовые каната, прикрепленные к кабине 4 через балансирную подвеску, идут вверх, где огибают отводные блоки 3 на головке мачты. Затем канаты опускаются вниз, огибают канатоведущий шкив лебедки, вновь поднимаются вверх, огибают соответствующие отводные блоки 3 и опускаются вниз. Здесь их концы закрепляют на каретке противовеса 2. излишки каната при малой высоте мачты сматывают на четыре резервных барабана 5, установленных на каретке противовеса. При увеличении высоты мачты грузовые канаты, запасованные на максимальную высоту подъема кабины, постепенно сматываются с резервных барабанов.

1. Расчет механизма подъема   1.1 Определение массы подвижных частей механизма подъема

Работа механизма подъема подъемника связана с перемещением массы кабины, противовеса, тяговых канатов и подвесного кабеля.

Работа по преодолению сил тяжести подвижных частей может быть существенно снижена, если добиться равновесия сил тяжести, действующих на канатоведущий орган лебедки со стороны кабины и противовеса.

Так как полезный груз в кабине не остается величиной постоянной, полное уравновешивание кабины с грузом практически исключается. Если силу тяжести конструкции кабины можно полностью уравновесить с помощью противовеса, то груз в кабине – только частично.

Влияние неуравновешенности канатов становится весьма ощутимым при значительной высоте подъема кабины.

Основную роль в системе уравновешивания играет противовес. При небольшой высоте подъема масса противовеса выбирается из условия уравновешивания кабины и среднестатистического значения массы полезного груза. Это обеспечивает существенное снижение окружной нагрузки КВШ и необходимой мощности привода лебедки.

При высоте подъема кабины более 45 м приходится учитывать влияние силы тяжести неуравновешенной части тяговых канатов и применять для их уравновешивания дополнительные гибкие уравновешивающие элементы в виде цепей или уравновешивающих канатов.

Определение массы противовеса требует предварительного определения массы кабины по исходным данным или по приближенным соотношениям, устанавливающим зависимость между площадью пола и массой кабины [10. стр.59].

Масса кабин отечественного производства приближенно определяться по следующим зависимостям:

пассажирский и грузопассажирский

Q_к =(500 – 550), кг, (1.1)

где А, В – ширина и глубина кабины, соответственно, м.

Q_к = 550х1,9х2= 1900 кг.

Масса противовеса определяется по формуле

Q_п = Q_к + φQ, (1.2)

где φ – коэффициент уравновешивания номинального груза кабины; Q – масса груза, кг.

Q_п = 1900 +0,5х1000 = 2400 кг.

Масса подвесного кабеля

Q_пк = q_пк* (H/2 + 5), кг. (1.3)

Выбор типа подвесного кабеля и определение массы 1 метра его длины производится в зависимости от числа проводящих жил и вида изоляции.

q_пк = 0,392 кг/м,

Q_пк = 0,392 х (110/2 +5) = 23,5 кг,

1.2 Расчет и подбор каната

Канаты подъёмных механизмов кабин обеспечивают передачу движения от лебедки к кабине и противовесу с небольшими потерями мощности на канатоведущем органе и отклоняющих блоках.

Канаты воспринимают растягивающие нагрузки при движении и неподвижном состоянии кабины, в нормальных эксплуатационных и аварийных режимах.

От надежности работы системы подвески подвижных частей кабины зависит жизнь пассажиров. Поэтому к стальным канатам и тяговым цепям подъемников предъявляются повышенные требования прочности и долговечности. Эти требования нашли отражения в ПУБЭЛ Госгортехнадзора [1].

Канаты, поступающие на монтаж лифтового оборудования должны иметь документ (сертификат), характеризующий их качество и оформленный в полном соответствии с требованиями государственных стандартов. Аналогичные требования предъявляются к тяговым цепям.

Параллельно работающие канаты подвески кабин (противовесов) должны иметь одинаковые диаметры, структурные и прочностные характеристики.

Не допускается сращивание тяговых канатов механизмов подъема и ограничителей скорости.

Номинальный диаметр тяговых канатов подъемников для перевозки людей должен быть не менее 8 мм, а в ограничителях скорости и подъемниках не рассчитанных на транспортировку людей, – не менее 6мм.

Число параллельных ветвей канатов подвески кабины (противовеса) должно быть не менее указанных в таблице 4 ПУБЭЛ [1].

В подъемниках применяются только канаты двойной свивки, которые свиваются из прядей проволок относительно центрального сердечника, в виде пенькового каната, пропитанного канатной смазкой.

Обычно стальной канат состоит из 6 прядей и сердечника.

Условия работы канатов в подъемниках с КВШ отличаются наличием изгибающих, растягивающих, скручивающих и сдвигающих нагрузок, поэтому очень важно иметь большую поверхность касания проволочек в отдельных слоях. Этому требованию в наибольшей степени отвечают канаты типа ЛК с линейчатым касанием между проволоками.

В зависимости от структуры поперечного сечения прядей различают канаты ЛК-О – при одинаковых диаметрах проволок по слоям навивки, ЛК-Р с различным диаметром проволок.

Канаты с точечным касанием проволок имеют обозначение ТК.

В обозначении конструкции каната учитывается характер касания проволок, количество прядей и число проволок в каждой пряди: ЛК-О 6x19 или ТК 6x37.

При использовании канатов важно обеспечить не только достаточную их прочность, но и надежное соединение с элементами конструкции подъемника.

Стальные канаты должны рассчитываться на статическое разрывное усилие

Р=>, (1.4)

где Р – разрывное усилие каната, принимаемое по таблицам ГОСТ или результатам испытания каната на разрыв, кН; К – коэффициент запаса принимаемый по таблице 6 ПУБЭЛ в зависимости от типа канатоведущего органа, назначения и скорости кабины [1]; S – расчетное статическое натяжение ветви каната, кН.

Величина расчетного натяжения ветви канатной подвески должна определяться по следующим зависимостям: для канатов подвески кабины.

(1.5)

для канатов подвески противовеса

(1.6)

где Q – грузоподъемность кабины, кН; Q_К – масса кабины, кН; Q_П – масса противовеса, кН; Q_ТК– масса тяговых канатов от точки схода с КВШ до подвески, кН; Q_Н – масса натяжного устройства уравновешивающих канатов, кН; m – число параллельных ветвей канатов; U_п – кратность полиспаста; где D_K = 0,08 м – диаметр катков; R_P = 0,2 коэффициент – сопротивления передвижению от трения ребер о направляющие; f = 0,02 коэффициент трения качения ходовых колес о направляющие; μ = 0,01 коэффициент трения в цапфах катка; r = 0,025 радиус цапф;

рис.3. Расчетная схема строительного подъемника

Масса тяговых канатов определяется по формуле

(1.7)

где  – приближенное значение массы 1 метра тягового каната, кг/м (принимается 0,4-0,5 кг/м),

м.

Минимальное число канатов регламентируется данными таблицы 5 ПУБЭЛ в зависимости от типа подъемника и вида канатоведущего органа лебедки [1].

При грузоподъемности 500 – 1000 кг – от 4 до 6 канатов.

Неуравновешенная часть тяговых канатов при скорости кабины не более 1,4 м/с уравновешивается овальнозвенчатыми цепями, которые не требуют установки натяжного устройства. В этом случае, в формуле (1.6) принимается значение Q_н=0.

Р = 8,88 х 12 = 106,6 кН.

По полученному статическому разрывному усилию выбираем типоразмер каната. ЛК-Р 1764 ГОСТ 2688-80:

S_раз = 108кН; d_К = 14мм; q_ТК = 0,728кг/м.

В пассажирских подъемниках применяется прямая подвеска.

По расчетному значению разрывной нагрузки Р и таблицам ГОСТ определяется необходимый диаметр каната, так, чтобы табличное значение разрывной нагрузки было равно или больше расчетной величины.

После выбора типа и определения диаметра каната производится проверка фактической величины коэффициента запаса прочности каната подвески кабины или противовеса.

,(1.8)

где Р^Т – табличное значение разрывной нагрузки выбранного каната, кН, Q_тк = m _* q_тк^ф_* (3-4м) – фактическое значение массы каната от точки схода с КВШ до подвески кабины (противовеса).кг;  – фактическое значение массы 1 метра тягового каната выбранного каната, кг/м.

Правильному выбору каната должно соответствовать условие

(1.9)

12,15 ≥ 12.

Если условие прочности (1.9) не выполняется, следует выбрать канат с большим значением удельной прочности или увеличить число параллельных ветвей.

Надежность и долговечность канатов подъемника определяются не только его прочностными характеристиками.

Для обеспечения долговечности каната важно обеспечить минимальное число их перегибов на отклоняющих блоках и допустимое по ПУБЭЛ соотношение между диаметром каната и огибаемого канатом цилиндрического тела (КВШ, отклоняющий блок). В связи с этим, диаметр КВШ и отклоняющих блоков следует определять с учетом условия долговечности

, (1.10)

где D, d – диаметр огибаемого цилиндрического тела и каната, соответственно, м.; Е – коэффициент допустимого соотношения диаметров регламентируемый данными таблицы 3 и 4 ПУБЭЛ в пределах от 30 до 45 для тяговых канатов и от 18 до 35 для канатов вспомогательных устройств [1].

D = 14х 40 = 560 мм.

1.3 Расчет канатоведущего шкива

В конструкции механизмов подъема подъемников с канатной подвеской кабины (противовеса) канатоведущие шкивы используются для преобразования вращательного движения выходного вала механизма привода в поступательное перемещение кабины (противовеса).

В зависимости от кинематической схемы подъемника применяются также отклоняющие блоки.

Применение КВШ в подъемниковых лебедках позволяет существенно повысить безопасность пассажиров, практически исключая опасность обрыва канатов, так как кабина может быть подвешена на нескольких параллельных ветвях канатов, а высота переподъема ограничивается проскальзыванием канатов из-за посадки противовеса на буфер.

Независимость параметров лебедки с КВШ от высоты подъема открывает широкие возможности унификации лебедок с соответствующими технико-экономическими преимуществами.

Внешняя нагрузка КВШ, определяемая разностью натяжения канатов подвески кабины и противовеса, уравновешивается действием сил сцепления канатов с ободом. Эти силы зависят от угла обхвата шкива канатами и формы профиля поперечного сечения канавок [10. стр.36].

Для обеспечения работы КВШ без проскальзывания канатов применяются канавки специального профиля (рис. 4).

Канатоведущие шкивы и отклоняющие блоки изготавливаются из чугунного или стального литья. Отливка в зоне обода должна иметь достаточно высокую твердость и однородную структуру.

Расстояние между канавками обода КВШ зависит от диаметра каната

, (1.11)

Ширина обода КВШ определяется числом параллельных ветвей канатов

, (1.12)

где t, d – шаг канавок и диаметр каната, мм; m - число параллельных ветвей канатов; z – число обхватов канатами КВШ.

Рис.4. Профиль поперечного сечения канавки обода КВШ клиновая с подрезом, δ – угол подреза (угол клина)

мм

мм

Диаметр КВШ определяется в зависимости от кинематической схемы подъемника и условия долговечности.

После выбора редуктора лебедки производится уточнение диаметра барабана (КВШ) по кинематическому условию, гарантирующему обеспечение номинальной скорости движения кабины с погрешностью не превышающей 15%.

, м, (1.13)

где V_р – рабочая скорость кабины, равная номинальной или отличающейся на 15 %, м/с; U_р – табличное значение передаточного числа редуктора лебедки;  – номинальное значение частоты вращения вала двигателя, об/мин.

В конструкции отклоняющих блоков, не предназначенных для передачи тягового усилия канатам, применяется полукруглая канавка, обеспечивающая минимальную величину контактных давлений, что способствует увеличению долговечности канатов.

В КВШ используется канавка клиновые с подрезом.

Наибольшую силу сцепления обеспечивают канавки клинового профиля, однако, их существенным недостатком является зависимость силы сцепления от степени износа опорной поверхности.

В результате износа клиновая канавка преобразуется в полукруглую с подрезом с заметно меньшей силой сцепления.

Расчетное обоснование характеристик профиля поперечного сечения канавок КВШ производится по аналитическим зависимостям, полученным на основе рассмотрения особенности взаимодействия растяжимых канатов с ободом шкива.

Приведенное значение коэффициента трения между тяговым канатом и поверхностью ручья КВШ определяется свойством контактирующих материалов и геометрическими характеристиками профиля ручья. От величины этого коэффициента в определяющей степени зависит тяговая способность канатоведущего шкива.

1.4 Расчет натяжения канатов подвески в рабочих и испытательных режимах

Рис. 5. Расчетная схема подъемника с нижним машинным

помещением

а) б)

Рис. 6. Схемы к расчету опорных реакций башмаков кабины:

а) схема горизонтальной проекции кабины;

б) схема вертикальной проекции кабины.

Рассмотрим расчет сопротивлений более подробно с учетом расчетных схем, приведенных на рис. 6. Приняты следующие обозначения:; А, В - ширина и глубина кабины, м; h - расстояние между башмаками по вертикали, м; П - обозначение точка подвески кабины; Х_п, Y_п - продольное и поперечное смещение точки подвески кабины относительно центра пола, м; S - натяжение тяговых канатов, кН; К - положение центра масс кабины; Г - положение центра масс расчетного груза; Х_в, Y_в - продольное и поперечное смещение центра масс кабины относительно центра пола, м; Х_г, Y_г - продольное и поперечное смещение центра масс расчетного груза, м; N_п, N_н - нормальные реакции в зоне контакта башмаков с направляющими, которые действуют перпендикулярно и параллельно плоскости направляющих; Р_к, Р_г - сила тяжести кабины и груза, соответственно, кН.

Силы нормального давления, действующие на башмаки в плоскости направляющих и в перпендикулярном к ним направлении, определим из уравнений равновесия кабины:

∑М_х = 0, ∑М_y = 0, (1.14)

Из уравнений равновесия определим соответствующие нормальные реакции

, (1.15)

, (1.16)

где Р_г = Q_р*10^-2 – величина силы тяжести массы расчетного груза, кН (для пассажирского подъемника Q_р=0.5_*Q_с, где Q_с грузоподъемность из условия свободного заполнения кабины; Р_к - сила тяжести массы кабины, кН; Х_п, Y_п - координаты смещения точки подвески кабины принимаются по конструктивным соображениям от 0,03 до 0,1 м; Х_в, Y_в - величина продольного и поперечного смещения центра масс кабины, зависящая от конструкции дверей кабины и может приниматься в пределах от 0,02 до 0,1 м; Х_г,=В/6, Y_г=А/6 - определяются в предположении, что расчетный груз равномерно распределен по треугольной площадке, составляющей 50 % площади пола кабины, отделенной диагональю прямоугольного контура [10. стр.64].

Нормальные давления для кабины без груза

(1.17)

(1.18)

Нормальные давления для расчетного груза без учета массы кабины

(1.19)

(1.20)

Сопротивление движению кабины без груза: при башмаках скольжения

(1.21)

где ω_р=0,04-0,06 - коэффициент сопротивления движению роликовых башмаков; Р_Р ≤0,01, кН – сила предварительного прижатия ролика к направляющей.

Сила сопротивления движению расчетного груза

- при роликовых башмаках

(1.22)

Сила сопротивления движению противовеса

- при роликовых башмаках

(1.23)

 

1.4.1 Расчет натяжения канатов подвески кабины S_к и противовеса S_п в рабочих и испытательных режимах

Рассмотрим подъемник с нижним машинным помещением(рис. 6).

Режим подъема неуравновешенного груза.

Груженая кабина внизу, подъем

(1.24, 1.25)

где Q_у – масса уравновешивающих цепей; η_б – кпд блока канатной системы.

Груженая кабина вверху, подъем

(1.26, 1.27)

Порожняя кабина внизу, спуск

(1.28, 1.29)

Порожняя кабина вверху, спуск

(1.30, 1.31)

Перегруженная на 10% кабина внизу, подъем; динамические испытания

(1.32)

Перегруженная на 10% кабина вверху, подъем; динамические испытания

(1.33)

Режим опускания неуравновешенного груза Груженая кабина внизу, спуск

(1.34)

Гружёная кабина вверху, спуск

 (1.35)

Порожняя кабина внизу, подъем

 (1.36)

Порожняя кабина вверху, подъем

(1.37)

Статические испытания подъемника, перегруженная на 100% кабина внизу

 (1.38)