Электромагнитные и вакуумные захваты

Теоретические сведения

Захваты для штучных грузов. Производительность грузоподъемной машины во многом зависит от способа подвешивания и освобождения груза. При работе с массовыми штучными грузами определенных размеров (ящики, мешки, тюки и т.п.) целесообразно применять различные захваты, позволяющие сократить время на захват и освобождение груза, а также облегчить или совсем ликвидировать ручной труд рабочего на этих операциях. Захваты для некоторых штучных грузов приведены на рис.1. Наиболее часто применяют клещевые и эксцентриковые захваты, удерживающие груз силами трения. Для обеспечения надежности удерживания груза силами трения часто рабочую часть губок выполняют с насечками или зубьями, в то время как захваты рассчитывают без учета насечки с коэффициентом запаса сжимающего усилия

К=1,25–1,5

Рис.1. Клещевые (а) и эксцентриковые (б, в) захваты.

Клещевые симметричные захваты. Клещевые захваты по конструкции разделяют на захваты со стягивающей (рис. 2, а) и распорной (рис.2 б) рычажными системами; по принципу действия – на полуавтоматические (захват груза автоматически, сжатие – вручную) и автоматические. Так как груз удерживается силами трения, то к конструкции клещевых захватов предъявляют особо высокие требования надежности и безопасности работы.

Расчет клещевых захватов сводится к определению геометрических, кинематических и силовых параметров. Сила нажатия упоров (рис. 2, а, б) для надежного удержания груза с учетом коэффициента запаса

N kQ /(2f),

где k 1,3...1,5 – коэффициент запаса; f – коэффициент трения между рабочими поверхностями; для

гладкого металлического упора захвата по металлу f =0,12...0,15, по дереву 0,3; рифленого упора по металлу f= 0,5, по бетону 0,7.

Усилие в тяге с учетом веса рычагов G:

P = Q+ G sin ,

где – угол наклона тяг.

Подставив значения N и F, получим соотношение для определения параметров рычажной системы клещевых захватов.

На рис.2,г изображено грузозахватное устройство с гидравлическим приводом. Шток гидроцилиндра, воздействуя на систему рычагов, зажимает или отпускает груз. Масло в цилиндр подается шлангами. Управление захватом дистанционное или автоматическое. По сравнению с гравитационным гидравлическое устройство имеет ряд преимуществ; постоянная сила зажатия

груза независима от его размеров, легко осуществить дистанционное и автоматическое управление и др.

 

Рис.2 Расчѐтные схемы захватов

Усилие, создаваемое штоком гидроцилиндра для удержания груза:

Диаметр поршня D находят из формулы P = 0,785pD 10⁶,

где K= 0,8...0,9 – коэффициент, учитывающий сопротивление от трения поршня в цилиндре и штока в сальнике; р – давление жидкости (6...30 МПа).

Применяют гидроцилиндры с внутренним диаметром до 0,3 м при ходе поршня до 2 м.

Эксцентриковые захваты (рис. 2,б, в) применяются для транспортировки листовых материалов.

Усилия зажатия создаются эксцентриковым кулачковым зажимом под действием силы тяжести листа. Они используются только для подъема твердых и прочных грузов.

 

Рис.1. Клещевые (а) и эксцентриковые (б, в) захваты.

 

Рис.2 Расчѐтные схемы захватов

Условие удержания груза (рис. 2, д):

где f1, f2 – коэффициенты трения между эксцентриком и листом, скобой и листом;

для повышения f1 на эксцентрике делают насечку.

По усилиям Q и N рассчитывают прочность и жесткость конструкции захвата.

Из условий самозатягивания листа угол зажима эксцентрика должен находиться в пределах 6...10. Рабочая поверхность эксцентрика

профилируется по логарифмической спирали, что обеспечивает постоянство угла

при различных толщинах листов.

При большом угле α груз эксцентриком не удерживается; при малом – в значительной степени возрастают распорные усилия и деформации устройства, что может привести к проворачиванию эксцентрика и падению груза.

Поэтому для обеспечения надежности захвата угол следует принимать несколько меньше расчетного.

Для подъема длинномерных грузов применяют траверсы с несколькими захватами. Правилами Госгортехнадзора запрещено применять фрикционные захваты для подъема взрывчатых и ядовитых грузов, а также сосудов с газом под давлением.

Электромагнитные и вакуумные захваты

Грузы притягиваются и удерживаются за счет электромагнитного или вакуумного воздействия. Работают захваты автоматически.

Подъемные электромагниты являются удобными и экономичными и - применяются для перегрузки грузов из стали и чугуна любой формы (слитков, плит, балок, металлоконструкций). Преимущества электромагнитов:

автоматизация захвата и разгрузки, дистанционное управление, возможность работы с грузами различной формы и высокой температуры, высокая производительность кранов. Подъемными электромагнитами чаще оборудуют мостовые и, реже, стреловые краны.

Подъемная сила электромагнитов находится в пределах от нескольких сотен Н до 0,3МН.

Выпускают их круглой (рис. 3, а) и прямоугольной (рис. 3, б) формы мощностью 0,4...18,5кВт. Наиболее распространены круглые электромагниты; прямоугольные применяют, в основном, для транспортирования длинномерных грузов (труб, балок, рельсов и др.), для чего используют траверсы с несколькими электромагнитами.

Электромагниты работают на постоянном токе, подводимом при помощи кабеля от преобразователя, установленного на кране.

Рис. 3 Подъѐмные электромагниты

 

Корпус электромагнита 3 изготовлен из малоуглеродистой стали, обладающей высокой магнитной проницаемостью. Катушка 2 выполнена секционной в герметичной оболочке 5, расположена внутри корпуса и залита под давлением теплостойкой массой. Снизу она защищена немагнитными шайбами 6 с высокой механической прочностью и износостойкостью (высокомарганцовистая сталь) и удерживается снизу полюсами 1.

Подъемная сила электромагнита зависит от характера и свойств поднимаемого металла, температуры его нагрева. Если принять грузоподъемность массивных грузов (плит, слитков) за 100%, то при подъеме рельсов, балок подъемная сила электромагнитов уменьшается до 50%, при подъеме скрапа до 2...7%, а при подъеме стружки всего 1,5...2,5%. Подъемная сила снижается с повышением температуры материала (максимальная температура может доходить до 500°С, после чего теряются магнитные свойства), а также с увеличением в металле содержания марганца и никеля.

К недостаткам подъемных электромагнитов относится большая собственная масса и опасность отрыва груза. Места работы кранов с подъемными электромагнитами должны быть ограждены.

Для повышения безопасности эксплуатации подъемные электромагниты снабжают дополнительными механическими устройствами, удерживающими груз от падения при исчезновении тока. Применяются также буферные аккумуляторные батареи с системой блокировки, которая подает электроэнергию от аккумуляторов при исчезновении напряжения в сети, а в последнее время предложены подъемные электромагниты в сочетании с постоянными магнитами, исключающие падение груза.

Вакуумные захваты основаны на том, что в камере создается разрежение воздуха (вакуум) и под действием атмосферного давления возникает сила притяжения между грузом и захватом

Преимущества: удобство и быстрота захвата, наличие жесткой связи захвата с грузом, что позволяет легко изменить положение груза в пространстве; сохранность поверхности, что особенно важно для шлифованных и полированных поверхностей. Они применяются для подъема длинномерных и тонкостенных грузов: листовых цветных металлов, листового стекла, фанеры, деревянных, пластмассовых и бетонных плит и др. Масса вакуумных захватов по отношению к массе поднимаемого груза составляет 8...10% (у траверсных захватов больше).

Применение вакуумных захватов способствует автоматизации и повышению производительности крана.

Рис.4 Вакуумные захваты

В зависимости от способа создания вакуума в камере различают: насосные (рис. 4, а), эжекторные (рис. 4, б) и безнасосные (рис. 4, в) захваты.

Наибольшее распространение получили захваты с вакуумными насосами, которые могут располагаться на одной раме с захватными камерами или на кране. Эжекторные захваты применяют в основном в стационарных установках для подъема небольших грузов с гладкой поверхностью.