Жүк көтергіш машиналардың негізгі параметрлері көпірлі (3.1, а-сурет) және стрелалы (3.1,б-сурет) крандардың мысалдарында көрсетілген.
Көпірлі кран металлды конструкциядан 1 және көпір бойымен қозғалатын крандық арбадан 2 тұрады. Кран цех бойымен кран астылық арқалықтарға (балкаларға) 5 қойылған рельстермен доңғалақпен 4 жылжыту механизмі 3 көмегімен қозғалып отырады.
3.1-сурет. Негізгі параметрлерінің белгілемелері бар крандардың сұлбасы.
Крандардың негізгі параметрлері: жүк көтергіштігі Q, т, оның шамасы 0,05-1000т аралығында болады; кранның аралығы LК және стрела созылымы L – стрелалы крандар үшін м; жүкті көтеру биіктігі h1, м; кран механизмдерінің жылдамдықтары, м/с: v1 – жүкті көтеру жылдамдығы; v2 – арбаның қозғалыс жылдамдығы; v3 – кранның қозғалыс жылдамдығы; w – кранның бұрыштық бұрылу жылдамдығы, с-1, (стрелалы кран үшін); ең үлкен жүктік момент. Мгр= QL/4 – көпірлі кран үшін; Мгр=QL – стелалы крандар үшін; машина салмағы G, т; қозғалыштардың орнатылған қосынды қуаты, квт; кран механизмдерінің жұмыс режимдері; кранның өнімділігі, т/сағ.
Жүк көтергіш машиналардың теориясы мен есептеулерінің негіздері.
Жүк көтергіш машиналардың металлды конструкциялары мен механизмдерін есептеу үшін, машиналарды пайдалану процесі кезінде пайда болатын күштерді және олардың мүмкін болатын әсерлерін білу қажет.
Кранға әсер ететін барлық күштерді былай бөлуге болады: технологиялық кедергінің пайдалы күші; кранның және оның элементтерінің салмақтық күштері; машиналар жұмысына ілесіп жүретін зиянды кедергілер күштері (үйкеліс, динамикалық,жол еңісінен туатын); сыртқы әсерлерден туатын, жел күштерінен, қардан, көк тайғақтан, сейсмикалық құбылыстардан болатын күштер.
Себептілік дәрежесіне байланысты күштерді былай бөлуге болады:
1) нормативтік (жүк пен кранның салмағы, қозғалтқыш пен тежеуіштің моменттері, желдік күштер және басқалары);
2) кездейсоқ, оларды ескеру өте қиын (желдің кездейсоқ тұруы, күтпеген тербелістер және т.б.).
Нормативтік күштерді анықтау әдістемесін қарастырайық.
Технологиялық кедергінің пайдалы күштеріне кранның жүк көтергіштігі, грейфер, шөміш, қысқаш және басқалары сияқты жүк қармағыш құрғылардың салмақтық жүктемелері жатады.
Массасы номиналдық массадан 10% көп болатын жүкті көтеруге рұқсат етілмейді.
Кранның салмақтық жүктемесі және оның жеке бөліктерінің жүктемелері берілген конструкция үшін тұрақты емес. Конструктор беріктігі жоғары материалдарды және ең ұтымды конструкцияны қолдану арқылы машинаның массасын азайтуға тырысады.
Кранның өз салмағы оның негізгі параметрлерімен анықталады және кран сызбалары бойынша, графиктері немесе мына жуық формуламен анықталуы мүмкін (дәлдігі ±10-15%).
Жүк көтергіштігі Q=5-50т көпірлі кран салмағы
(3.1)
Крандық арба салмағы
Консольды төрт тағанды кран салмағы
(3.2)
мұндағы L1- консолымен бірге кранның көпірінің жалпы ұзындығы; Lк – кранның аралығы.
Көтеруші стреласы бар мұнаралы кран салмағы
(3.3)
мұндағы L – ілгек созылымы; h – жүкті көтерудің ең үлкен биіктігі.
Металлды конструкция массасы
Жүктемелердің басқа құраушыларын анықтайық..
Ашық ауада жұмыс істеп тұрған кранның металлды конструкциясына және жүкке жел күші әсер етеді. Жел атмосфераның төменгі жерге жақын қабатында пайда болады. Оны статикалық және динамикалық құрастырушыларының қосындысы түрінде анықтайды. Статикалық күш берілген биіктіктегі таралған желдік күшке р және металлды конструкция мен жүктің есептік ауданына А байланысты болады:
Fв=pA (3.4)
Жүк конструкциясының есептік ауданын МЕСТ 1451-77 стандартының 1 қосымшасына сәйкес іс жүзіндегі берілгені бойынша анықтайды. Жүк ауданының берілгені болмаған жағдайда оны оның массасына байланысты қабылдайды.
Жүк массасы, т 0,5 1,0 2,0 5,0 10 16 20 32 50 100
Жүк ауданы, А, м2 2,0 2,8 4 7,1 10 14 16 20 28 36
Таралған жүк күші
(3.5)
мұндағы q = ρ v2/2 – жер бетінен 10м биіктіктегі желдің динамикалық қысымы (қалқымалы крандар үшін су бетінен), Па; v – желдің жылдамдығы, м/с; ρ =1,23 кг/м3 – ауа тығыздығы; с – аэродинамикалық күштің коэффициенті, оның мәнін кран элементтерінің конструкциялық ерекшеліктеріне байланысты қабылдайды (с=0,8-1,2 құбырдан жасалған конструкция үшін;
с =1,2 қорапты кострукция үшін, тік бұрышты кабиналар, қарсы салмақтар, сым арқандар, жүктер үшін; с=1,5-1,6 белдеулері және сыртқы қабырғалар шығыңқы арқалықтар (балкалар) үшін, жазық профильдерден жасалған тік бұрышты фермалар үшін; n – асыра жүктелу коэффициенті; n = 1 – жұмыстық күйдегі жүктеме үшін, n=1,1 жұмыссыз күйдегі жүктеме үшін; k – кранның жер бетінен орналасу биіктігіне байланысты желдің динамикалық қысымының артуын ескеретін коэффициент:
Биіктік, м дейін 0 20 60 100 200 350 және жоғары
k 1,0 1,25 1,75 2,1 2,6 3,1
Жүкке түсетін желдік күшті оның ең шеткі жоғары жағдайында болған кезде есептейді (МЕСТ 1451-71 стандартына сәйкес 500Н кем етпей қабылдау керек).
Желдік жүктеме болған кезде жүк көтергіш машиналар жұмыс істемейді. Осы жүктемеде металлды конструкцияны, кранның өзінің аударылып кетуге орнықтылығын және крандардың жүріп кетуіне қарсы құрылғысын есептейді. Жел жылдамдығының соқпаларынан туатын динамикалық құраушы металлды конструкцияның беріктігін және крандардың орнықтылығын есептеген кезде ғана ескерілуі керек.
Жарық жүктемесі қабылдайтын беттің горизонтальды проекциясын қардың қысымына көбейту арқылы есептеледі, qс=500-2000 Па ол климаттық аймаққа байланысты болады.
Сейсмикалық күштер. Жер сілкінісі бар аудандар үшін есептеулерді кранның жұмыссыз күйі үшін сейсмикалық күштердің әсерін ескеріп орындайды. Бұл күштер арбалардың және крандардың, жылжыту механизмдерінің, жүріп кетуге қарсы капсырмалардың тежеуіштерін есептеу кезінде ескеріледі. Бұл жағдайда горизонтальды инерция күштерінің мәнін формула бойынша анықтауға болады.
FCM = kС·GК,
мұндағы Gк – кран салмағы; kС – сейсмикалық коэффициент (сейсмикалық баллдар шамасына байланысты kс=1/40 – 7 балл үшін, kС= 1/20 - 8 балл үшін, kс=1/10 – 9 балл үшін; егер 6 баллдан кем немесе тең болғанда есептеу қажет емес).
Жүк көтергіш машиналар көбінесе ауыспалы режимдерде жұмыс істейтін үзілісті әсерлі машиналарға жатады. Осының нәтижесінде кранның механизмдері мен металлды конструкциялары үлкен динамикалық күштер әсеріне ұшырайды.
Крандарда динамикалық жүктемелер орнықпаған қозғалыс кезінде пайда болады (іске қосу және тежеу кезінде) және зиянды болып табылады. Бұл кран элеметтері мен жетектеріне көп салмақ түсіреді.
Динамикалық күштер массалар қозғалысының инерция күшінен болатын және машина элементтерінің серпімділігі салдарынан туатын тербелісті күштерге бөлінеді.
Кранды іске қосу немесе тежеу кезеңінде массалардың үдемелі қозғалысы кезінде инерция күші пайда болады:
(3.6)
Айналмалы қозғалыс кезінде инерция күштерінің моментін анықтайды
(3.7)
мұндағы m- кранның немесе арбаның массасы, кг; v - кранның немесе арбаның үдемелі қозғалыс жылдамдығы, м/с; ω – біліктің бұрыштық жылдамдығы, с-1; Jпр – айналмалы массалардың келтірілген инерция моменті, кг · м2; tn – орнықпаған қозғалыс уақыты, с.
Динамикалық күштерді төмендету үшін машина массасын азайту қажет (қаншалықты мүмкін болғанша) немесе іске қосу уақытын кранның өнімділігіне әсер етпейтін мәнге дейін арттыру керек.
Массасы mк болатын кранның бұрылмалы бөлігінің ортадан тепкіш горизонтальды инерция күші:
мұндағы rк – айналу осінен кранның бұрылмалы бөлігінің массасының ауырлық центріне дейінгі қашықтық.
Кранның айналмалы бөлігінің орнықпаған қозғалысы кезінде жанама инернция күші:
(3.8)
Стреланың ортадан тепкіш инерция күші:
(3.9)
мұндағы mс, Lс – стреланың массасы және ұзындығы; xо – бұрылмалы бөліктің айналу осінен стреланың өкшесіне дейінгі қашықтық; θ - стреланың вертикальғе көлбеулік бұрышы.
Қозғалтқыш роторы, муфта, тежеуіштік шкиф сияқты мұндай айналыстағы бөлшектердің массаларының инерция моменттерінің мәндерін каталогтар бойынша қабылдайды. Қалған бөлшектердің массаларының инерция моменттерін теориялық механикалық белгілі формулалары бойынша анықтайды. Ең көп таралған бөлшектердің массаларының инерция моменттерінің жуық мәндерін формула бойынша анықтауға болады:
(3.10)
мұндағы m – бөлшек массасы, кг; Rн – бөлшектің (детальдің) сыртқы радиусы, м; kм – бөлшек типіне байланысты болатын денедегі массаның таралу коэффициенті:
Тұтас цилиндр 0,5 Тежеуішті шкиф 0,60
Қуыс цилиндр 1,0 Тісті доңғалақ 0,64
Блок 0,55 Қосушы муфта 0,44
Барабан 0,70 Жүрістік доңғалақ 0,60
Күрделі пішінді детальдардың (бөлшектердің) инерция моментін, оның профилін сатылы пішінді учаскелермен ауыстырып жуықтап анықтауға болады.
Учаскелердің әрқайсысы үшін оның массасының инерция моментін анықтайды:
(3.11)
мұндағы ρ – материалдық тығыздығы; ℓi, di – учаскенің ұзындығы мен диаметрі. Сонда бөлшектің массасының инерция моменті
(3.12)
Қабырғасы b болатын квадрат қимасы мачтаның немесе мұнараның инерция моменті
(3.13)
Көлденең өлшемдері ұзындығымен салыстырғанда аз болатын стрелалы крандар үшін инерция моменті
(3.14)
мұндағы r1, r2 – стрела ұштарының айналу радиустары.
Қозғалтқышқа келтірілген қозғалыстағы массалардың инерция моменті қозғалтқыш роторының инерция моментінен бірнеше есе көп болуы мүмкін.
Жұмыстың үзілісті сипаты кезінде мұндай механизмдерде негізгі жүктемелер қозғалтқыш қуатын анықтайтын қозғалыстағы массалардың үдеуінен пайда болатын динамикалық күштер болып табылады. Статикалық күштер өте аз болады.
Қозғалтқыш қуаты бұл жағдайда
(3.15)
мұндағы Wc, Fд – механизмдегі статикалық және динамикалық күштер; v – қозғалыс жылдамдығы, ψп.ср - қозғалтқыштың орташа іске қосушы жүктемесі.
Егер кран әртүрлі өндірістік операцияны орындап жатқанда нақты жұмыс циклы үшін жүктемелік (күштік) диаграмманы тұрғызу мүмкін болмаса, онда эквивалентті моментті тек ең үлкен М1 және ең кішкентай М2 жүктемелер бойынша анықтауға болады:
Қозғалтқыштың қуаты
(3.16)
мұндағы Мэ – қозғалтқыштың эквивалентті моменті, кН·м,; kЗ = 1,1 - 1,5 – қор коэффициенті, оның шамасы іске қосу ұзақтығының орныққан қозғалыс уақытына қатынасы шамасына байланысты болады.
tп/tу < 0,05 болғанда кіші мәнді, ал tп/tу < 0,2 - 0,3 болғанда үлкен мәнді қабылдайды.
Жүктемелердің сенімді графигі болмаған кезде қозғалтқыштың эквивалентті қуатын анықтаудың басқа әдісін қарастырайық. Бұл жағдайда ВНИИПТМАШ-пен ұсынылған орташа статикалық мәліметтер пайдаланылады.
Әр түрлі жүктемелер кезіндегі жұмыстық операцияның орташа ұзақтығына tр жатқызылған жетектің орташа іске қосу уақытын tп анықтаймыз:
tp=ℓр/vф,
мұндағы ℓр – орташа жұмыстық жол; vф – іс жүзіндегі қозғалыс жылдамдығы.
tn/ tp қатынасының мәнін график бойынша арнайы суреттен немесе тәжірибелік берілгендер бойынша анықтап (арнайы кестеден) коэффициентті γ табамыз.
Суреттегі 1 қисығы – бұл көпірлі крандар, арбалар, магнитті және грейферлі крандарды қозғалту механизмдерін есептеу үшін; стрелалы крандардың бұрылу механизмдерін есептеу үшін; 2 қисығы – грейферлі және магнитті крандардың көтеру механизмдері үшін; ілгекті крандардың жылжымалы арбалары үшін; 3 қисығы – ілгекті крандардың көтеру механизмдері үшін.
Циклдің жұмыстық бөлігі үшін эквивалентті қуаты Рэ, яғни үзілісті ескерусіз, формула бойынша анықтайды:
Рэ= γ Рн. (3.17)
Толық циклдегі қозғалтқыштың эквивалентті қуаты салыстырмалы қосу ұзақтығын ескере отырып анықталады:
Р=k Рэ, (3.18)
мұндағы k=0,35-1,5 - жұмыс режимінің тобына байланысты коэффициент.
Ұсынылатын әдебиеттер: /7/15-55 бет. /3/77-126 бет. /13/5-21 бет.
Бақылау сұрақтары:
1.Машинаның жүк көтергіштігі неге тәуелді?
2.Жүк көтергіш машиналардың өнімділігін анықтаңыз.
3.Жүк көтергіш машиналарға қандай күштер әсер етеді?
4.Статикалық және кинематикалық есептеулер дегеніміз не?
5.Динамикалық есептеулер анықтамасын айтыңыз.
6.Инерция күшін анықтаңыз.
