Механизмы передвижения подъемно-транспортных машин

приводные ходовые колеса благодаря силам сцепления между поверхностями

ободьев и рельсов осуществляют перемещение крана или тележки. Неприводные

колеса, являясь только опорными, свободно вращаются на своих осях.

По форме поверхности катания ходовые колеса подразделяются на

цилиндрические, конические и бочкообразные. Цилиндрические колеса имеют

преимущественное применение для тележек и мостов кранов. Однако при

движении моста крана с неизбежными перекосами относительно подкрановых

путей приводные цилиндрические колеса не способствуют центрированию его

хода, а их реборды, все время набегая на головку рельса, повышают

сопротивление передвижению и подвергаются быстрому износу.

При использовании приводных конических колес колесо отстающей стороны

моста крана опирается на рельс окружностью большего диаметра. При

одинаковой скорости вращения приводных конических колес отстающая сторона

крана начинает передвигаться с более высокой скоростью и кран автоматически

выравнивается на рельсах. Коническая поверхность катания целесообразна

только для приводных колес четырехколесного мостового крана без балансиров,

имеющего центральный привод. Хотя у конических приводных колес реборды в

работе практически не участвуют, их наличие способствует предотвращению

случайного схода крана с рельсов. Неприводные колеса изготовляют всегда

цилиндрическими.

Размеры ободьев крановых колес выбираются по ГОСТ 3569—60. Для ходовых

колес необходимо обеспечить чистоту обработки поверхности катания вместе с

внутренними частями реборд не ниже 5-го класса, а точность изготовления по

диаметру катания не ниже С4. С целью компенсации неточностей укладки

крановых рельсов и установки ходовых колес ширина рабочей части их ободьев

принимается больше ширины головки рельса: для двухребордных цилиндрических

— на 30 мм и конических — на 40 мм, для колес тележек — 15—20 мм, для

одноребордных колес — на 30 мм.

Крановые ходовые колеса испытывают значительные нагрузки и являются

быстроизнашиваемыми деталями, поэтому для обеспечения необходимой

долговечности они изготовляются коваными из высокоуглеродистой стали.

Поверхность катания колес должна быть подвергнута термообработке — закалке

до твердости НВ 300—350 на глубину не менее 15 мм с постепенным переходом к

незакаленному слою.

Ходовые колеса из чугунного литья по качеству не ниже марки СЧ15-32

допускается применять только на кранах с ручным приводом. Колеса больших

диаметров для экономии дорогостоящих материалов рекомендуется изготовлять

сборными, состоящими из ступицы, отлитой из низкоуглеродистой стали, и

бандажа из качественной стали, надетого с натягом при нагреве.

Одноребордные конические (рис. 10, а) и бочкообразные (10, б) колеса

применяются на подвесных однорельсовых тележках. При качении конического

колеса подвесной тележки происходит неизбежное его проскальзывание по

наклонным боковым дорожкам нижнего пояса ездовой балки. Это проскальзывание

является результатом различия в величине окружных скоростей конической

поверхности качения колеса на линии контакта, из-за чего наблюдается

повышенный износ и колес, и полок ездовой балки. Бочкообразные колеса, не

обладая этим недостатком, менее чувствительны к перекосам рамы тележки.

В кранах применяется несколько способов установки ходовых колес. Наиболее

распространен монтаж приводных ходовых колес на отдельных валах, а

неприводных — на отдельных вращающихся осях. Корпуса подшипников

изготовляются в виде отъемных или разъемных букс, которые на тележке

крепятся к раме, а на мостах — к концевым балкам или балансирам. Применение

отдельных валов и вращающихся осей, а также отъемных или разъемных букс

намного упрощает сборку, разборку и смену элементов ходовой части. На рис.

11 показаны приводное и неприводное ходовые колеса с отъемными буксами,

установленные на роликовых подшипниках.

Для уменьшения сопротивления движению, повышения надежности и удобства

эксплуатации ходовые колеса тележек и мостов кранов устанавливаются на

подшипниках качения и значительно реже — на подшипниках скольжения. По

действующему стандарту на ходовые колеса наибольший диаметр поверхности

катания ходового колеса не должен превышать 1000 мм.

Размеры ходовых колес предопределяют их несущую способность и величину

наибольшей допускаемой нагрузки, которую они могут передать на рельсы.

Поэтому установка тележек и мостов на четыре ходовых колеса возможна только

для кранов малой грузоподъемности до 50 Т. Для кранов грузоподъемностью

75—125 Т мост имеет 8 ходовых колес, а при грузоподъемности 150 Т и выше —

16 ходовых колес. У тяжелых портальных кранов общее число ходовых колес

достигает 32 и даже 40. Тележки кранов делают на 4 и 8 колесах, а при

значительной грузоподъемности — на 16 колесах. Установка мостов и тележек

на 8, 16 и на большем числе ходовых колес усложняет конструкцию ходовой

части.

Необходимость обеспечения равномерного распределения нагрузки между

колесами заставляет применять уравновешивающие балансиры, использование

которых приводит к увеличению габаритной высоты концевой балки моста и

уменьшению ее горизонтальной жесткости. В основу таких конструкций (рис.

12) положены унифицированные двухколесные тележки — балансиры со съемными

буксами. Шестнадцатиколесный кран имеет два главных 1 и четыре малых 2

балансира. Число приводных колес принимается равным 1, 1/2 или 1/4 от

общего числа ходовых колес. Привод механизма передвижения должен при этом

обеспечить синхронное вращение одной, двух или четырех (редко) пар

приводных ходовых колес. Он может состоять из нескольких механизмов с

центральным или с раздельным приводом.

Рельсы. Для кранов применяются различные типы рельсов. В качестве

подкрановых и подтележечных рельсов используются: железнодорожные рельсы

широкой и узкой колеи, специальные крановые рельсы, горячекатаная

квадратная и прокатная полосовая сталь. Железнодорожные и крановые рельсы

изготовляются из высокоуглеродистой стали и имеют скругленную головку.

Крановые рельсы имеют стенку повышенной толщины и более широкую опорную

плоскость, благодаря чему обеспечивается равномерная передача давления

колес на верхний пояс подкрановой балки.

Выбор типа рельса зависит от режима работы крана, от типа и величины

давления ходовых колес. Использование конических колес предопределяет

установку рельсов со скругленными головками. Для цилиндрических колес

основными типами являются железнодорожные и крановые рельсы. Рельсы из

квадратной и полосовой стали применяют для кранов сравнительно небольшой

грузоподъемности и при отсутствии специальных рельсов. Железнодорожные,

козловые, портальные и велосипедные краны передвигаются главным образом по

железнодорожным рельсам.

Рельсы крепят к подкрановым балкам или укладывают по типу железнодорожных

путей па специальные основания. Существует два способа крепления рельсов:

неподвижное и подвижное. Неподвижное крепление рельса к подкрановой балке,

выполняемое при помощи сварки, допустимо для кранов с легким режимом

работы. Основным рекомендуемым способом крепления считается подвижное. Это

крепление позволяет осуществлять рихтовку (выравнивание) пути и

обеспечивает удобную и сравнительно простую замену изношенных рельсов.

Некоторые из способов крепления подкрановых рельсов приведены на рис. 13.

Железнодорожные рельсы часто закрепляют на подкрановой балке парными тяжами

диаметром 22—25 мм (рис. 13, а), а специальные подкрановые рельсы —

боковыми накладками (рис. 13, б). Парные тяжи и боковые накладки

устанавливают с шагом, равным 600—700 мм. Рельсы прямоугольного и

квадратного профилей могут прикрепляться к балкам при помощи планок,

вставляемых в пазы бруса (рис. 13, в).

Расчет ходовых колес. Расчет ходовых колес заключается в проверке

выбранных размеров (диаметра и ширины) поверхности катания обода колеса по

величине напряжения смятия в месте его контакта с рельсом от максимально

возможного давления ходового колеса на рельс. Тележки и мосты кранов, за

исключением трехопорных конструкций, представляют собой четырехопорные один

раз статически неопределимые системы. Для упрощения задачи с допустимым для

практики приближением рама тележки и мост крана рассматриваются в виде

статически определимых систем. Упрощенные статически определимые

многоопорные системы имеют геометрическую и статическую симметрию 'и

решаются методами простых разложений вертикальных сил или моментов.

Максимальная нагрузка на рельс рассчитывается для колеса, относительно

которого груз, тележка с грузом или стрела с грузом могут иметь наиболее

невыгодное положение. Если тележка или мост крана опираются не на четыре,

а на большее число колес при помощи уравновешивающих балансиров, то

величина наибольшей нагрузки на колесо уменьшается и становится равной:

[pic]

где [pic] — наибольшая нагрузка, приходящаяся па одну из четырех

балансирных опор тележки или крана; [pic] — число ходовых колес в

балансирной опоре.

Приведенные ниже зависимости для максимальных давлений на рельсы получены

без учета качества изготовления и монтажа рам тележек или

металлоконструкций мостов кранов, их упругости, а также упругости и

состояния рельсовых путей.

Давление на опоры тележки. На рис. 14 дана одна из возможных расчетных

схем вертикальных давлений для четырехопорной тележки. Анализ этой схемы

позволяет установить, что колесо В воздействует на рельс с наибольшей

нагрузкой. В соответствии с принятым допущением:

откуда

[pic]

[pic]

где [pic] — вес тележки с ходовой частью и всеми механизмами;

Q — вес груза; [pic], [pic], [pic] — расстояния от центра симметрии рамы

тележки О до ее центра тяжести [pic] и центра приложения веса груза [pic];

a — ширина колеи ходовых колес; b — база ходовых колес.

При конструировании тележек следует стремиться к такому размещению всех

механизмов на её раме, чтобы центр тяжести груженой тележки был расположен

как можно ближе к центру симметрии рамы (точка О), находящемуся на равных

расстояниях от ее колес. При этом давления колес тележки на рельсы примерно

одинаковы.

Давления на опоры моста крана. Величины нагрузок на опоры моста крана

зависят от положения тележки на нем. Максимальные давления на рельсы

возникают от тех колес моста, у концевой балки которых находится в этот

момент тележка с номинальным грузом. В соответствии с приведенной схемой

(рис. 15) колесо В передает на рельс максимальное давление. На основе

принятого метода расчета без учета податливости моста под колесами тележки

можно получить выражение, определяющее это давление:

[pic]

откуда

[pic]

где [pic] — собственный вес моста крана, приложенный к центру тяжести,

достаточно близко совпадающему с центром симметрии моста [pic]; [pic] — вес

ходовой части тележки, приложенный в центре тяжести тележки — в точке [pic]

; [pic] — расстояние от центра симметрии моста до центра тяжести тележки; L

— колея ходовых колес моста (пролет крана); [pic] — база ходовых колес

моста.

Давления на опоры консольного настенного передвижного крана. Ходовая

часть консольного передвижного крана (рис. 16) выполнена в виде статически

определимой системы, имеющей верхние и нижние опорные ролики с

вертикальными осями, которые, передавая боковые давления на направляющие,

обеспечивают устойчивость крана. Наибольшие давленая на опорах возникают

при положении тележки с грузом на максимальном вылете L. Максимальные

давления на вертикальные ходовые колеса и горизонтальные ролики равны:

[pic]

Соответственно, давления на каждое ходовое колесо и горизонтальный ролик:

[pic]

где. [pic] — вес тележки; [pic] — вес крана без тележки с грузом; [pic] —

число вертикальных ходовых колес; [pic] — число горизонтальных роликов на

каждой опоре (обычно [pic]=2).

Давления на опоры тележки с канатной тягой. В конструкциях тележек с

канатной тягой вследствие геометрической симметрии (рис. 9) вертикальное

давление на каждое колесо тележки

[pic]

Расчетная нагрузка от ходового колеса на рельс. Проверка размеров ходовых

колес по контактным напряжениям является расчетом на выносливость

(долговечность) и производится поэтому по некоторой эквивалентной расчетной

нагрузке, учитывающей переменность давлений между ходовыми колесами и

рельсами в зависимости от величины поднимаемого груза, положения его

относительно ходовых колес, положения тележки на мосту крана и других

факторов. Расчетная нагрузка определяется как часть максимально возможной

нагрузки от колеса на рельс по формуле [7]:

[pic]

где [pic] — максимально возможная вертикальная нагрузка от ходового колеса

на рельс; [pic] — коэффициент, учитывающий режим работы механизма

передвижения крана (частоту приложения нагрузки, толчки и т. п.); [pic] —

коэффициент переменности нагрузки;

[pic]

где Q — вес поднимаемого груза; [pic] — собственный вес крана с тележкой

или одной тележки с учетом веса грузозахватных устройств.

Значения коэффициента режима работы назначаются по таблице:

[pic]

Напряжения смятия в месте контакта колеса с рельсом. В зависимости от

первоначальной (до износа) формы поверхности катания колеса и рельса между

ними возможны линейный и точечный контакты. Линейный контакт возникает при

качении цилиндрического колеса по рельсу из прямоугольного и квадратного

профилей или конических колес .подвесных тележек по нижнему поясу

двутавровой балки. Точечный контакт возникает у цилиндрических (рис. 17, а)

и конических (рис. 17, б) колес с рельсами, имеющими скругленную головку, а

также при качении бочкообразных колес (рис. 17, в и г) по рельсу

прямоугольного профиля. Линейный контакт колеса с рельсом показан на рис,

17, д и е.

Величина местных напряжений смятия при линейном контакте (в кГ/см2):

[pic]

Величина местных напряжений смятия при точечном контакте (в кГ/см2):

[pic]

где [pic] — расчетная нагрузка на колесо, кГ; [pic] — приведенный модуль

упругости материалов колеса и рельса, кГ/см2; b — ширина поверхности

катания обода колеса, см; r — радиус колеcа, см; [pic] — наибольший из двух

радиусов r или [pic] контактирующихся поверхностей (см. рис. 17), см; т —

коэффициент, выбираемый по таблице [1], в зависимости от отношения [pic]/r

(при [pic]

[2] Значения коэффициента т:

|[pic]/r|0,1|0,2|0,3|0,4|0,5|0,6|0,7|0,8|0,|1,0|

|(r/[pic| | | | | | | | |9 | |

|]) | | | | | | | | | | |

|т |0,9|0,7|0,6|0,5|0,4|0,4|0,4|0,4|0,|0,3|

| |7 |2 | |4 |9 |7 |4 |2 |4 |9 |

Рекомендуемые данные для расчета ходовых колес

[pic]

Приведенный модуль упругости

[pic]

где [pic] — модуль упругости материала колеса, кГ/см2; [pic] —модуль

упругости материала рельса, кГ/см2. Для стальных колес и рельсов

[pic]

§ 3. Сопротивления передвижению кранов и тележек

При передвижении кранов и тележек возникают сопротивления в ходовой

части, внешние сопротивления и сопротивления в элементах передач механизма.

В зависимости от режима и условий работы крана эти сопротивления могут

действовать в различных сочетаниях. При конструировании необходимо

определять наиболее возможное и характерное для данного типа крана их

сочетание. Значение числовых значении сопротивлении позволяет произвести

расчет мощности электродвигателя, тормозных устройств, передач и других

элементов.

При передвижении тележки или моста крана с приводными колесами по

двухрельсовым путям с постоянной скоростью (установившийся режим)

преодолеваются сопротивления от трения в ходовых колесах, от ветровой

нагрузки и от возможного уклона рельсового пути. В момент пуска механизма

передвижения (неустановившийся режим), кроме указанных сопротивлений,

возникает сопротивление от сил инерции приводимых в движение масс. У

механизмов с ручным приводом этим сопротивлением обычно пренебрегают.

Для однорельсовых консольных и велосипедных кранов необходимо также

учитывать сопротивления в упорных роликах, воспринимающих горизонтальные

нагрузки. В однорельсовых тележках возникают сопротивления, являющиеся

результатом конусности колес и возможного поперечного смещения. Для тележек

с канатной тягой электродвигатель механизма передвижения преодолевает,

кроме того, сопротивления, характерные для этого механизма — в канатных

блоках, от провисания тягового каната и ветровой нагрузки. В отдельных

случаях следует также учитывать сопротивление от действия центробежных сил,

возникающих при одновременной работе механизмов передвижения тележки и

вращения крана.

Сопротивление от трения в ходовых колесах однорельсовых и двухрельсовых

кранов (рис. 18). Этот вид сопротивлений слагается из трения качения

ходовых колес по рельсам, трения в опорах, трения реборд колес о головки

рельсов и трения торцов ступиц колес. При качении колес силы сопротивления

вызывают моменты сопротивления движению, равные:

от трения качения колеса по рельсу

[pic]

от трения в опорах колеса

[pic]

где [pic] собственный вес крана с тележкой для расчета механизма

передвижения моста или одной тележки для расчета механизма передвижения

тележки (в обоих случаях с учетом веса грузозахватных устройств);

Коэффициент трения качения и ходовых колес по рельсам:

[pic]

Коэффициент трения f в опорах ходовых колес

[pic]

Моменты сопротивления движению можно выразить в ином виде

[pic]

где [pic] — соответственно силы сопротивления от трения качения и трения в

опорах, отнесенные к поверхности катания ходовых колес; D — диаметр

поверхности катания ходового колеса. Эти силы сопротивления равны:

[pic]

[pic]

Трение торцов ступиц колес, возникающее при их установке на подшипниках

скольжения, и особенно трение реборд зависит от многих переменных факторов,

не поддающихся достаточно точному математическому описанию. Поэтому принято

пользоваться условными методами расчета, когда указанные сопротивления

учитывают общим опытным коэффициентом трения реборд [pic], который вводится

в формулы для момента или силы сопротивления движению.

[pic]

Тогда момент и сила сопротивления в ходовых колесах равны

[pic]

и

[pic]

Если принять, что .приведенный к поверхности катания колеса обобщенный

коэффициент сопротивления

[pic]

то силу сопротивления на ходовых колесах можно определить из выражения

[pic]

Сопротивления от трения в горизонтальных упорных роликах и направляющих

колесах. При качении безребордных упорных роликов по рельсам возникают

сопротивления от трения качения и трения в их подшипниках. Максимальные

значения этих сопротивлений возникают при максимальных горизонтальных

давлениях, соответствующих у передвижных консольных кранов крайнему

положению тележки (рис. 16) и у велосипедных кранов — положению укосины,

перпендикулярной к рельсовому пути. Учитывая воздействие максимального

горизонтального давления [pic] на каждую из опор консольного или

велосипедного кранов, определяют сопротивление в упорных роликах:

[pic]

В этом выражении приведенный к поверхности катания упорного ролика

Страницы: 1, 2, 3