Мостовые краны

Для отнесения к какому-либо эквивалентному режиму механизмов и  металлоконструкции крана разработана  уточненная классификация режимов  работы, соответствующая Правилам Госгортехнадзора и предусматривающая определение  коэффициента использования по грузоподъемности kvv не только для механизмов подъема, но и для механизмов передвижения.

Нормативами в зависимости  от относительной длительности работы и относительной нагрузки механизмы  мостовых кранов делятся на четыре группы. Относительная длительность работы характеризует среднее время  работы в часах в течение рабочего дня.

Для механизмов, используемых нерегулярно, принимается относительная  длительность работы /Pa6i. Три вида относительных  нагрузок уточняют характер эксплуатации механизма: 
1 (легкая) — редкая работа с максимальной нагрузкой или регулярная работа при значительно меньших нагрузках; 
2 (средняя) — регулярная работа при малых, средних и максимальных нагрузках; 
3 (тяжелая) — работа с нагрузками, близкими к максимальным.

По мере роста парка  кранов и повышения требования к  их экономичности появилась необходимость  в максимальном приспособлении их номенклатуры к разнообразным потребностям отраслей народного хозяйства. Согласно рекомендации по стандартизации СЭВ PC 5138—75 «Краны грузоподъемные.

Группа режима работы определяется в зависимости от класса использования  механизма и класса его нагружения.

Класс нагружения механизма определяется величиной коэффициента нагрузки.

Установлены два класса работы мостовых кранов общего назначения грузоподъемностью 0,5—150 т: I класс (режим Л) — при работе крана до 1000 ч в год; II класс (режим С). — при работе крана до 2000 ч в год.

Производительность —  масса груза, в тоннах, переработанная в единицу времени (час, смену, сутки  и т. д.) является важнейшим показателем  технико-экономических данных крана.

Рис.6.1. Исполнение тележек

 

Рис. 6.2. Пролетные части мостов

Рис. 6.3. Мост шпренгельного типа из труб

Рис. 6.4. Тележки однобалочных кранов

7.Мостовые краны - простые механизмы

В сложную машину входят комбинации простых механизмов. Зная принципы действия простых механизмов, легко  разобраться в работе сложной  машины. Основными простыми механизмами  являются рычаг, ворот и блок.

Рычаг — это стержень, который может вращаться вокруг неподвижной опоры. В так называемом рычаге первого рода силы действуют  на рычаг по обе стороны от точки  опоры, а в рычаге второго рода — по одну сторону от точки опоры.

Перпендикуляр, опущенный  из точки опоры на направление  силы, называется плечом рычага. Произведение силы на плечо называется моментом силы. Рычаг находится в равновесии при равенстве моментов сил: 
Мг = М2 или FJi = FJ2,  
где Ft и F2 — действующие силы; /х и 12 — плечи рычага. Составив из последнего равенства пропорцию, получим, что при равновесии рычага силы обратно пропорциональны плечам: 
FJF2 = l2/tlt

т. е. рычаг дает выигрыш  в силе во столько раз, во сколько  раз одно плечо рычага больше другого.

Рычаг позволяет перемещать такие тяжести, которые человек  непосредственно поднять не может. Выигрыша в работе он не дает. Рычаги широко применяют в технике, в  том числе и на мостовых кранах: рукоятка контроллера, рычаг тормозного устройства, концевого выключателя  и т. п.

Ворот, служащий для поднятия груза, известен с древних времен и сейчас еще используется для  подъема ведра с водой из колодца. Усилием руки создается вращающий  момент, равный произведению этого  усилия на длину рукоятки. Вращающему моменту противодействует момент от натяжения каната, равный произведению силы натяжения каната на радиус вала ворота. Во сколько раз длина рукоятки ворота больше радиуса вала ворота, во столько раз усилие руки, вращающей ворот, меньше силы, натягивающей канат.

Лебедка мостового крана  является более совершенным механизмом и обеспечивает значительный выигрыш  в силе. Груз перемещается посредством  каната или цепи, наматываемых на барабан, который приводится в действие через зубчатую передачу.

 

Рис. 7.1. Полиспасты: а — простой; б — сдвоенный 
1 — барабаны; 2 — уравнительный блок; 3 — канат; 4 — неподвижный блок; 5 — траверса; 6 — крюк; 7 — точка закрепления конца каната

Блок — это простой  механизм в форме колеса с желобом (ручьем), через который перекинуты канат или другая гибкая тяга. Блоки  делятся на неподвижные (с неподвижными при вращении блока осями) и подвижные (оси блоков перемещаются в пространстве вместе с прикрепленным к ним  грузом). Неподвижный блок не дает выигрыша в силе. Если к концам каната, перекинутого через такой блок, подвесить грузы  одинаковой массы, то они останутся  в равновесии. Когда один конец  каната подвижного блока закреплен, блок поднимается только на половину пути, пройденного свободным концом каната при его натяжении. В грузоподъемных машинах широко применяют системы  подвижных и неподвижных блоков — полиспастов, группируемых в обоймах  и огибаемых тяговым органом (канатом  или цепью). Полиспасты подразделяются на кратные (их составляют из двух групп  блоков — неподвижной и подвижной) и потенциальные, состоящие из неподвижного и нескольких подвижных блоков. Кратные полиспасты обеспечивают выигрыш в силе, а потенциальные полиспасты — выигрыш в скорости.

Различают полиспасты (рис. 7.1) простые и сдвоенные. В простом полиспасте с барабана сбегает одна ветвь каната, а в сдвоенном — две ветви. Груз опускается или поднимается простым полиспастом и одновременно перемещается в горизонтальном направлении по мере того, как канат свивается с барабана или навивается на него. В сдвоенном полиспасте этот недостаток устранен, так как барабан имеет левую и правую нарезки и ветви каната навиваются, не отклоняя подвеску с крюком от вертикальной оси.

В мостовых кранах применяют  только сдвоенные полиспасты. Полиспасты характеризуются кратностью и пере; даточным числом. Кратностью т называют число ветвей каната в полиспасте, на которых подвешен груз. При кратности т натяжение каната в каждой ветви полиспаста в т раз меньше силы тяжести груза: S = Q/m, где S — натяжение ветви каната, Н; Q — сила тяжести груза, Н.

В зависимости от грузоподъемности крана используют полиспасты с числом ветвей 4, б, 8, 10 и более. Чем больше число ветвей в полиспасте, тем  меньше требуется сила, чтобы поднять  груз, но скорость подъема соответственно будет уменьшаться.

Применение полиспастов  позволяет уменьшить: потребную  для подъема груза мощность электродвигателя, натяжение каната, а следовательно, и его диаметр, а также размеры канатного барабана и блоков. Все это приводит к облегчению конструкции механизма подъема.

8.Мостовые краны - сведения из механики. Мосты и тележки мостовых кранов

Чтобы умело управлять  подъемным краном, машинисту необходимы как практические навыки и опыт, так и некоторые теоретические  знания. Предполагается, что машинист крана знаком с основами физики в  объеме программы средней школы.

Ниже приведены сведения из механики, знать которые требуется  машинисту крана.

Понятие о силах, массе  и весе. При работе крана возможны следующие явления: под действием  силы тяжести деформируется ферма  крана, падает груз; под действием  сил инерции отключенный кран продолжает двигаться; под: действием  силы торможения он быстро останавливается. Силой называют величину, служащую мерой механического взаимодействия тел, в результате которого изменяется их скорость (ускорение). Направление  силы совпадает с направлением ускорения, которое она сообщает телу.

Две равные и противоположно направленные силы, действующие на данное тело вдоль по одной прямой, называются взаимно уравновешивающимися  силами. Взаимно уравновешивающиеся силы не могут вывести тело из состояния  покоя или равномерного и прямолинейного движения, так как в этом случае существует равновесие сил.

На кран, находящийся в  покое, действует сила тяжести, которая  передается через колеса на рельсы, крановые пути и несущие конструкции  здания. Так как сила есть мера механического  воздействия одного тела на другое, то на основании этого можно заключить, что силы в природе появляются и исчезают только попарно. Если тележка  подъемного крана давит на рельсы с определенной силой, то и рельсы давят на колеса тележки с той  же силой, но в противоположном направлении.

Колеса тележки и рельсы крана в точках соприкосновения  деформируются — происходит сжатие. Вследствие деформации возникают силы упругости, отталкивающие колеса и  рельсы друг от друга. Эти деформации обычно I малы и незаметны на глаз, но силы упругости, создаваемые ими, могут быть очень большими.

Согласно третьему закону Ньютона, действие всякой силы вызывает равное и противоположное по направлению  противодействие. В нашем случае сила тяжести крана вызовет появление  силы, противодействующей ей. Она будет  называться реакцией крановых путей. Направление ее противоположно силе тяжести, а абсолютное значение равно силе тяжести крана. В результате действия этих сил движения не возникает, но сила тяжести обязательно вызывает деформацию (сжатие) материала колес и рельсов.

Равновесие сил наступает  также при равномерном движении крана по подкрановым путям, в  этом случае силы движущие уравновешиваются силами сопротивления движению и  скорость крана не изменяется.

Всякому телу свойственно  сохранять относительный покой  или равномерное прямолинейное  движение при отсутствии действия на него других сил (первый закон Ньютона). Это свойство тела называется инерцией.

Практически невозможно создать  условия, при которых на движущееся тело не действовали бы окружающие тела. Например, в земных условиях тело при движении испытывает сопротивление  воздуха.

При действии постоянной силы тело движется с постоянным ускорением, т. е. его скорость непрерывно возрастает, а при воздействии различных  сил на одно и то же тело его ускорение  меняется прямо пропорционально  приложенным силам. При действии одинаковых сил на различные тела их ускорения обратно пропорциональны  массам тел.

На этих положениях основан  второй закон Ньютона: ускорение  тела прямо пропорционально силе, действующей на тело, и обратно  пропорционально его массе: 
a=F/m, (1.1) 
или 
F=та. (1.2) 
Отсюда видно, что при неизменной силе F ускорение а будет уменьшаться с увеличением массы т.

От массы тела зависит  его инерция, т. е. масса является мерой инертности тела. Согласно Международной  системе (СИ) единицей массы является килограмм. 
Единицу силы получим из формулы (1.2): F = 1 кгХ X 1 м/с2 = 1 Н (ньютон). Ньютон равен силе, сообщающей телу массой 1 кг ускорение 1 м/с2 в направлении действия силы.

Пользуясь уравнением второго  закона Ньютона, можно вычислить  любую силу, сообщающую ускорение  телу, а значит, и силу тяжести, сообщающую свободно падающим телам ускорение g. Тогда получим формулу 
P=mg, (1.3) 
где Р — вес тела; т — его масса.

Вес тела — это сила, с  которой оно действует на опору  или подвес вследствие притяжения тела к Земле. Очевидно, что вес тела на Земле один, а в большом удалении от Земли он меньше или исчезнет совсем, т. е. наступит состояние невесомости. Масса же тела остается неизменной, и для того чтобы сообщить ему  ускорение, надо приложить силу такую  же, как и на Земле. Выражение F = та остается справедливым, и в этих условиях — при отсутствии веса — масса и инерция тела сохраняются.

Работа, мощность, кинетическая и потенциальная энергия. Грузчик, перенося груз, совершает работу; подъемный  кран, перемещая груз, также совершает  работу. Для совершения работы необходимы наличие силы и перемещение тела.

Работу, связанную с перемещением тел, называют механической. Без действия силы не может быть механической работы. Если на тело действуют силы, но тело остается в покое относительно тел, создающих эти силы, то механической работы также не производится. Если подъемный кран неподвижен, механической работы не совершается, хотя при этом действуют две силы — сила тяжести  и сила реакции крановых путей.

Подъемный кран, поднимая груз в 1 т и перемещая его на 10 м  по горизонтали, совершает определенную работу. Если кран снова поднимет такой  же груз и переместит его на то же расстояние, то он второй раз выполнит такую же работу. Но всю эту работу он мог совершить и за один раз, подняв груз в 2 т и увеличив подъемную  силу вдвое. Отсюда видно, что работа прямо пропорциональна силе, действующей  на тело при его перемещении.

Механической работой  называется мера внешнего воздействия, приложенного к телу. Измеряется работа произведением силы, действующей  на тело на прямолинейном участке  пути, на этот путь. Обозначив работу А, пройденный путь s и силу, действующую в направлении движения, F, получим 
А = Fs. (1.4)

При выполнении механической работы возможны два случая: когда  сила, совершающая работу, направлена в сторону движения тела и когда  сила, совершающая работу, направлена противоположно движению тела. В первом случае сила увеличивает скорость движения и работа называется положительной. Во втором случае сила замедляет движение тела и работа силы является отрицательной. При подъеме груза сила тяжести совершает отрицательную работу, а при спуске — положительную. Положительной является всякая работа, в результате которой увеличивается скорость механического движения.