|
По числу слоев навивки каната
различают барабаны с однослойной и многослойной навивкой. При навивке каната
на барабан в два или более слоев второй или последующий слой давление на
нижележащий слой каната» подвергая его ному изнашиванию. Поэтому в большинстве
применяют однослойную навивку.
Если иа барабан должен быть намотан канат большой длинны,
то однослойная навивка его будет нерациональной, так как потребуется увеличение
размеров барабана. В этом случае применяют многослойную навивку или используют
фрикционные барабаны.
Форма обода барабанов крановых механизмов может быть
цилиндрической, реже конической или коноидальной. Наибольшее распространение
имеют цилиндрические барабаны.
Конические барабаны используют в тех случаях, когда
крутящий момент на барабане изменяется в широких пределах по мере наматывания
каната, например, в механизме подъема стрелы стрелового крана. В крайнем
нижнем положении стрелы в канате возникают максимальные усилия, а в крайнем
верхнем положении — минимальные усилия. Поэтому в первом случае канат
расположен на той части барабана» которая имеет минимальный диаметр, а при
подъеме стрелы он перемещается к той части барабана, которая имеет
максимальный диаметр, что позволяет создавать на валу барабана примерно
постоянный крутящий момент.
Диаметр барабана по средней линии навитого каната
определяют по формуле (4.2) и окончательно назначают с учетом условий
компоновки механизма подъема.
В механизмах почъема многих кранов применяют сдвоенные
полиспасты, барабаны которых имеют два рабочих участка — один с левой, другой
с правой нарезками.
При определении длины ненарезанной части барабана 1иетр
возможны следующие случаи:
1. Механизм подъема установлен на крановой тележке
(например, мостовые, консольные, козловые краны);
2. Механизм подъема установлен на
металлоконструкции крана, а на тележке установлены только блоки механизма
подъема (например, консольные, башенные краны).
Следует заметить, что при крайнем верхнем положении
крюковой подвески в первом случае и при минимальном расстоянии между тележкой
и барабаном (если они расположены иа одной горизонтальной или наклонной
линии) во втором случае угол набегания канатов на барабан с крайних блоков на
подвеске или с крайних блоков на тележке должен быть в пределах допускаемых
углов отклонения каната с барабана.
Гладкие барабаны для многослойной навивки с обеих сторон и
барабаны с канавками, предназначенные для навивки одной ветви каната, со
стороны, свободной от крепления каната, должны иметь реборды, возвышающиеся
над верхним слоем навитого каната не менее чем на два его диаметра. Барабаны
для сдвоенных полиспастов выполняют без реборд.
Расчет барабана с однослойной навивкой. Эти барабаны
изготовляют литыми (из серого чугуна нли стали) и сварными (из листовой
стали) (см. 121 е.).
При наматывании каната стенка барабана находится в
напряженном состоянии, испытывая сжатие, изгиб и кручение.
Для расчета условно барабан рассматривают как полую трубу
без ступиц ( 4.18, а). Основным напряжением в стенке барабана является
напряжение сжатия, возникающее в результате навивки на барабан каната
натяжением Smax- Для определения напряжения сжатия находят максимальное
давление каната на барабан, направленное нормально к поверхности барабана.
При этом пренебрегают диаметром каната по сравнению с диаметром барабана и
считают, что усилие приложено непосредственно к диаметру барабана D по дну
канавки.
Условно выделяют из барабана полукольцо шириной, равной
шагу нарезки t ( 4.18). Влияние отрезанного полукольца заменяют двумя
натяжениями каната Smax- При этом принимают условие, что усилие Smax постоянно
по длине барабана, хотя известно, что по мере приближения витков каната на
барабане к месту крепления натяжение в них вследствие сил трения между
канатом и стенкой барабана уменьшается.
Известно, что если на какую-либо поверхность действует
равномерно распределенная поверхностная нагрузка р, то независимо от формы
поверхности проекция равнодействующей силы от этой нагрузки на заданную ось
равна произведению этой распределенной нагрузки на площадь проекции этой
поверхности на плоскость, перпендикулярную к заданной оси ( 4.18, б).
Если фактический коэффициент запаса устойчивости п
оказался меньше рекомендуемого значения [п 1, то увеличивают толщину стенки
барабана или устанавливают ребро жесткости, тогда I будет расстояние между
ступицей барабана и ребром жесткости.
Расчет стенки барабана на устойчивость не проводят, если
при "еж и отношении D/8 (), значение LID не будет превышать значений,
указанных в этой таблице.
Расчет барабанов для многослойной навивки. Барабаны для
многослойной навивки канатов выполнены литыми и сварными. При многослойной
навивке каната возникает радиальное давление на стенку, вызывающее напряжение
сжатия в стенке барабана, и распорное давление, действующее на его реборды. С
увеличением числа слоев радиальное и распорное давления возрастают. Однако увеличение
радиального давления не пропорционально увеличению числа слоев навивки, оно
уменьшается с их увеличением. Это объясняется следующими причинами. При
наматывании каната возникает радиальная деформация сжатия стенки барабана и
деформация сечения каната. После наложения нового слоя каната стенка барабана
получает дополнительное сжатие, однако часть радиального усилия
воспринимается первым слоем каната, который представляет как бы вторую трубу.
При наложении третьего слоя радиальное усилие передается на второй слой
каната, который воспринимает часть нагрузки, а другую часть передает на
первый слой, который также воспринимает часть нагрузки, передавая основную ее
часть на стенку барабана. При наложении последующих слоев процесс передачи
радиального усилия на стенку барабана аналогичен.
Распорное давление, действующее со стороны каната на
реборды барабана, возрастает с увеличением числа слоев навивки. При большой
канатоемкости барабана распорное давление будет значительным, что является
главной причиной разрушения барабанов с многослойной навивкой, так как в местах
крепления реборды к стенке барабана возникают большие местные напряжения
изгиба.
При определении радиальной нагрузки на стенку барабана при
многослойной навивке необходимо учитывать радиальную деформацию стенки
барабана и поперечную деформацию каната.
Модуль продольной упругости каната характеризует упругие
свойства материала проволок, влияние конструкции каната н его натяжение.
Физический смысл модуля поперечного сжатия условен, так
как поперечное сжатие каната характеризуется перемещением проволок и прядей
относительно друг друга, деформацией проволок и сердечника, что приводит к
изменению формы поперечного сечения каната. При возрастании напряжения
растяжения в канате модуль К увеличивается
Напряжение сжатия в стенке барабана определяют аналогично
приведенному выше расчету барабана с однослойной навивкой и после подстановки
в формулу (4.9) Р„ар = Р0 и с учетом формул (4.12) и (4.14) получают
окончательную формулу для определения напряжения сжатия в стенке барабана при
многослойной навивке
Определение распорного давления, действующего на реборды
барабана, рассмотрено Б. С. Ковальским и С. В. Кожиным. Ими установлено, что
максимальное давление на реборду барабана возникает при заклинивании крайнего
витка последующего слоя между ребордой и крайним витком предыдущего слоя.
Пусть виток 2 ( 4.19, б) при навивке опирается на виток 1 и реборду 3.
Обозначим через рг радиальное давление последующего слоя на предыдущий на
радиусе г. В момент навивки каната между витками 2 к 1 к между витком 2 и
ребордой возникают силы трения, которые вызывают отклонение реакции реборды
ря и реакции витка 1 — р, на углы трения соответственно pj и р2. Пусть т —
угол, образуемый пересечением линий, соединяющих центры витков, и нормалью к
реборде.
Фрикционные барабаны. На станционных путях и
причалах для передвижения вагонов и судов часто применяют лебедки с
фрикционными барабанами. На этих барабанах канат не закрепляется, а,
образовав несколько витков, сходит с него. В процессе работы такой лебедки
один конец каната сматывается с барабана, а другой наматывается на него. Фрикционные
барабаны выполняют цилиндрическими с нарезанными винтовыми канавками ( 4.21,
б) или гладкими коноидальной формы ( 4.21, с). На цилиндрических барабанах
витки каната в процессе работы перемещаются вдоль барабана.
Для увеличения коэффициента трения стенки барабанов иногда
выполняют с деревянными планками. Значения коэффициента трения принимают по
следующим рекомендациям: при трении каната по чугунному барабану / =0,13, при
трении каната по барабану с деревянной обшивкой / = 0,25. Для удобства смены
канатов фрикционные барабаны часто размещают консольно. Привод фрикционных
барабанов выполнен ручным или машинным.
|