Применение подъемно-транспортных машин для комплексной механизации производства (стр. 7 из 38)
Скорость V, м/с (не более) подъема груза 0,5 передвижения тележки 0,5 передвижения моста 2,0
Глава 5. ЭЛЕМЕНТЫ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН
5.1. Подъемные блоки и полиспасты.
В кранах подъем груза осуществляется преимущественно с помощью канатоблочных систем, некоторые типы которых показаны на рис. 5.1.
На схемах обозначено:
F – вес поднимаемого груза;
F0 – натяжение каната у барабана без учета жесткости каната и сил
трения в подшипниках блоков (идеальный случай); D – диаметр барабана.
Н е п о д в и ж н ы й б л о к (рис. 5.1, а) применяется только для изменения направления движения каната. Выигрыша в силе при этом не происходит, поэтому
F0F (5.1)Длина каната, навиваемого на барабан:
lH, (5.2)где Н – высота подъема груза.
Скорость навивания каната на барабан (окружная скорость на барабане) V0 в этом случае равна скорости подъема груза, т. е.:
V0V (5.3)Крутящий момент на барабане:
TF0D/2FD/2 (5.4)Неподвижный блок – это блок, ось которого неподвижна.
П о д в и ж н ы й б л о к (рис. 5.1, б) применяется для выигрыша в силе, так как:
F0F/ 2, (5.5)но при этом на барабан надо навить канат длиною
l=2Н (5.6)
Следовательно, чтобы производить подъем груза со скоростью V, канат надо наматывать со скоростью:
V02V (5.7)Крутящий момент:
TF0D/2FD/4 (5.8)Подвижный блок – это блок, ось которого перемещается в пространстве.
П о л и с п а с т о м называют систему подвижных и неподвижных блоков, огибаемых гибким элементом (канатом или цепью), используемую для выигрыша в силе (силовые полиспасты) или скорости (скоростные полиспасты). Кратный полиспаст (рис. 5.1, в) используется для выигрыша в силе:
F0 F/ Z F/4 (5.9)где Z – число ветвей каната в полиспасте (Z = 4).
Соответственно увеличивается длина навиваемого каната l = ZH, а, следовательно, и скорость навивания каната на барабан:
V0 ZV 4V (5.10)Отношение скоростей:
UnV0 /V (5.11)называют передаточным числом или кратностью полиспаста. Очевидно, что для кратных полиспастов:
UnZ (5.12)Крутящий момент:
TF0D/2 FD/ 2Z (5.13)У кратных полиспастов (рис. 5.1, в) ветвь каната 1 наматывается непосредственно на барабан, поэтому поднимаемые грузы перемещаются по наклонной прямой, так как канат при навивке перемещается вдоль барабана.
Сдвоенные полиспасты изображены на рис. 5.1, г, д, е. У них на барабан наматываются две ветви каната, а середина каната находится на так называемом уравнительном блоке (рис. 5.1, д, е).
Уравнительный блок при работе полиспаста почти не вращается и служит только для выравнивания натяжения ветвей каната, расположенных по обе стороны от него. Иногда вместо уравнительного блока устанавливается балансирный рычаг (рис. 5.1, г).
Рисунок 5.1– Подъемные блоки и полиспасты: а – неподвижный блок; б – подвижный блок; в – кратный полиспаст; г, д, е – сдвоенные полиспасты с 4, 6 и 8-ю несущими ветвями каната.
Натяжение каждой ветви каната сдвоенного полиспаста, как и у одинарного
(кратного) полиспаста, равно F0F/ Z, однако окружное усилие на барабане будет: 
F2F0 (5.14)Крутящий момент:
T F D/2 2F0D/2 2FD/ 2Z (5.15)Длина каната, наматываемого на барабан:
lZH (5.16)Поскольку на барабан наматываются одновременно две ветви, то соотношение скоростей будет такое:
V0VZ /2 (5.17)Передаточное число сдвоенного полиспаста равно:
UnZ/ 2 (5.18)С о п р о т и в л е н и я и К П Д н е п о д в и ж н ы х б л о к о в (рис. 5.2, а).
Скорость каната при огибании неподвижного блока не изменяется. При движении каната неподвижный блок приводится во вращение силами трения, возникающими между канатом и ручьем (канавкой) блока. При этом натяжение S2 сбегающей ветви каната будет больше натяжения S1 набегающей ветви на сопротивление жесткости каната и сопротивление трения в подшипниках блока:
S2 S1 WЖ WT , (5.19)где WЖ – сопротивление жесткости каната, приведенное к ободу блока; WT – сопротивление в подшипниках блока, приведенное к ободу блока.
В этой формуле не учтено дополнительное сопротивление трения каната о реборду блока в момент набегания и сбегания каната, возникающее при отклонении каната от плоскости блока.
Вследствие жесткости канат при набегании на блок не сразу входит в его ручей, а при сбегании не сразу приобретает прямолинейное положение. Натяжение S1 (рис. 5.2, б) приложено на плече D/2 + b, а усилие S1 + WЖ – на плече D/2 – с.
Из суммы моментов сил, действующих на блок, имеем:
1откуда
WЖ (5.20)
где
– коэффициент жесткости, определяемый экспериментально и показывающий, какую часть рабочего натяжения составляет сопротивление жесткости каната. 
Рисунок 5.2– Схема для определения сопротивлений на блоках: а, б – неподвижном; в, г – подвижном.
Для определения сопротивления трения в опоре блока рассмотрим общий случай, когда набегающая и сбегающая ветви каната не параллельны. При определении равнодействующей S сил натяжения S1 и S2 и для расчета сопротивления трения в опоре блока можно с достаточной точностью принять S1 = S2 (рис. 5.2, а), так как сопротивление жесткости каната по сравнению с рабочим натяжением незначительно.
Тогда
S 2S1 sin 
,где α – угол обхвата блока канатом.
Момент, создаваемый силами трения в опоре диаметром d:
TTSfd / 2 ,где f – коэффициент трения в подшипниках блока.
Сопротивление в подшипниках блока, приложенное к его ободу
WT TT /(0,5D) Sfd /D 2S1f sin /2 d/D (5.21)Таким образом
S2 S1 S1 2S1f sin / 2 / d/ DЕсли на ветвь каната натяжением S1 будет действовать сила тяжести груза F, то коэффициент полезного действия неподвижного блока будет представлять собой отношение полезной работы S1H к затраченной работе S2Н (здесь Н – высота подъема груза):
Из анализа этой формулы видно, что с увеличением угла обхвата α и жесткости каната уменьшается коэффициент полезного действия блока.
При α = 180°
(5.22)Таким образом, при подъеме груза канатом, огибающим неподвижный направляющий блок, рабочее натяжение набегающей ветви:
S1
или SH 
(5.23)