МЕХАНИЗМЫ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН

Механизмами передвижения называются механизмы, обеспечивающие, как правило, горизонтальное движение грузоподъемной машины или ее части
(тележки), или (что реже) движение по наклонному пути. В зависимости от типа грузоподъемной машины различают механизмы передвижения для рельсового, безрельсового и канатного путей. Рельсовый путь имеют мостовые, козловые, консольные, велосипедные, портальные, башенные и железнодорожные краны, мостовые перегружатели, а также передвижные тали и тележки. Для безрельсового пути предназначаются стреловые краны на пневмоколесном, гусеничном и редко на шагающем ходах. Канатный путь имеют тележки кабельных и поворотных кранов.
Для рельсового пути используют два типа механизмов передвижения: с приводными колесами — первый тип и с канатной или цепной тягой — второй тип. Все элементы механизма передвижения первого типа размещены на движущейся раме грузоподъемной машины или тележки. Механизм передвижения второго типа отличается установкой двигателя и передач за пределами тележки. Механизмы передвижения с приводными колесами в свою очередь подразделяются на механизмы для двухрельсовых путей и механизмы для однорельсовых путей. Большинство кранов и тележек передвигается по двухрельсовым путям. Однорельсовые пути имеют консольные и велосипедные краны, подвесные тележки и тали.

1. Основные схемы механизмов передвижения

А. Механизмы передвижения с приводными колесами

В общем случае механизм передвижения с приводными колесами состоит из двигателя, системы передач и ходовой части с ходовыми колесами (катками).
Механизмы передвижения тележек и кранов могут иметь ручной и машинный привод.

Механизмы передвижения с ручным приводом. Ручной привод применяется на кранах, используемых на складах и производственных участках с ограниченным объемом работы. Обычно грузоподъемность таких кранов не выше 15—20 Т, пролет не более 14—17 м. Мостовые краны с ручным приводом в зависимости от грузоподъемности и величины пролета могут иметь однобалочную конструкцию моста из двутаврового профиля, по полкам которого передвигается каретка
(кошка) с подвешенным к ней подъемным устройством, или мост двухбалочной конструкции с четырехтактовой тележкой (рис. 1). Механизм передвижения тележки смонтирован на раме 4, опирающейся на два ведущих (приводных) 3 и два ведомых (неприводных) 5 колеса. Ведущие колеса приводятся во вращение через зубчатую передачу 2 с тягового колеса 1 с тяговой цепью или с помощью рукоятки.

Механизмы передвижения однобалочного и двухбалочного мостов содержат те же основные элементы.

Механизмы передвижения с электрическим приводом тележек и мостов. Эти механизмы состоят из электродвигателя, промежуточных передач, ходовой части с ведущими и ведомыми ходовыми колесами. Для современных кранов механизмы передвижения отличаются применением редукторного привода; использованием ведущих и ведомых ходовых колес с отъемными буксами; соединением валов, в том числе и быстроходных, в основном зубчатыми муфтами, не требующими высокой точности сборки.

Наиболее типичными для механизма передвижения тележки являются приводы с центральным расположением редуктора. Достаточно широкое применение получили также приводы с навесными редукторами.

На рис. 2 показан механизм передвижения тележки с навесным редуктором. К навесному редуктору 2 этого механизма при креплен фланцевый электродвигатель 1, крутящий момент от которого через зубчатые передачи передается на полый выходной вал 8 и от него на вал приводного ходового колеса 9. Второе приводное колесо соединено с валом первого посредством трубчатого трансмиссионного вала 6 и муфт 7. Тормозной шкив 4 тормоза 3, закрепленного на кронштейне 5, укреплен на быстроходном (или на промежуточном) валу редуктора. Реактивный момент, возникающий при движении тележки, воспринимается через корпус редуктора упорными болтами 10.
Механизм с навесным редуктором, не требующий устройства специальных опорных площадок на раме тележки под редуктор и электродвигатель, отличается компактностью и простотой установки. Однако при замене приводных колес на этом механизме приходится демонтировать и редуктор.

Применение механизмов с навесным редуктором нецелесообразно для тележек большой грузоподъемности, так как в этом случае габаритные размеры и вес навесного редуктора непропорционально возрастают и становятся неприемлемыми.

Механизмы передвижения моста. Эти механизмы выполняются с центральным или раздельным приводами. При центральном расположении привода электродвигатель устанавливается примерно в средней части моста. На приводные ходовые колеса вращение передается через трансмиссионный вал. В раздельном приводе для каждого приводного ходового колеса или группы приводных ходовых колес используется индивидуальный электродвигатель.
Существует три конструктивные разновидности механизмов передвижения с центральным расположением привода: с тихоходным, среднеходным и быстроходным трансмиссионными валами. Грузоподъемность, пролет и тип металлоконструкции моста, а также тип крана оказывают существенное влияние на выбор схемы механизма передвижения.
Механизм передвижения с тихоходным трансмиссионным валом. Этот механизм передвижения мостовых кранов (рис. 3, а) имеет электродвигатель 1, двух- или трехступенчатый редуктор 2 и трансмиссионный вал, составленный из нескольких отдельных секций 3, соединенных между собой, а также с концами выходного вала редуктора и валами ходовых колес обычно зубчатыми муфтами 4.
Трансмиссионный вал опирается на промежуточные опоры 5, установка и количество которых в сочетании с применяемыми самоустанавливающимися подшипниками и муфтами обеспечивают нормальную работу и необходимую соосность соединяемых секций.

Вал, вращаясь с угловой скоростью, равной угловой скорости ходовых колес, передает на ходовые колеса максимальную для этого механизма величину крутящего момента, в связи с чем вал (диаметр), муфты и подшипники имеют значительные размеры и вес. С увеличением грузоподъемности и пролета крана параметры этих элементов и их число пропорционально возрастают. Секции трансмиссионного вала изготовляются сплошными или сварными из стальных бесшовных труб. Трубчатая конструкция трансмиссионного вала по сравнению со сплошным эквивалентным валом имеет меньший на 15—20% вес. Длины секций следует выбирать с таким расчетом, чтобы представилось возможным получить трансмиссионный вал требуемой длины, соответствующей пролету моста крана, при минимальном числе их типоразмеров.
Механизмы передвижения с тихоходным трансмиссионным валом получили достаточно широкое применение на мостовых кранах общего и специального назначений и особенно для мостов решетчатой конструкции, где их применение создает лучшие условия для размещения элементов привода.
Механизм передвижения со среднеходным трансмиссионным валом. На приведенной применительно к мостовому крану схеме (рис. 3, б) движение от электродвигателя 1 передается через редуктор 2 с уменьшенным передаточным числом, трансмиссионный вал 3 и дополнительные зубчатые передачи 4 на ходовые колеса. В этом случае передаваемый трансмиссионным валом крутящий момент оказывается в несколько раз меньше крутящего момента, действующего на тихоходном валу крана с теми же параметрами, что позволяет сократить его вес, вес зубчатых муфт и подшипниковых узлов, т. е. элементов, непосредственно относящихся к валу. Но, с другой стороны, наличие двух дополнительных концевых редукторов или открытых зубчатых передач не приводит к заметному снижению общего веса механизма.
Эти механизмы используются иногда на козловых кранах и мостовых перегружателях с жесткими мостами, на консольных и велосипедных кранах.
Для козловых кранов и мостовых перегружателей механизмы передвижения с центральным приводом и среднеходным трансмиссионным валом собираются по одинаковой схеме (рис. 4). В этом случае среднеходный секционный трансмиссионный вал состоит из двух горизонтальных и двух вертикальных участков, конических зубчатых колес и концевых открытых зубчатых передач к ходовым приводным колесам. Общая схема трансмиссионного вала предопределена конструкцией моста, установленного на высокие опоры, в нижних балках которых находятся приводные и ведомые ходовые колеса. На полукозловых кранах имеется только один участок вертикального вала.

Механизм передвижения (рис. 5) однорельсовых кранов (консольного, велосипедного) имеет также центральное расположение привода. Среднеходный трансмиссионный вал 1, размещенный в горизонтальной плоскости, соединен с ходовыми колесами 4 через конические 2 и цилиндрические 3 зубчатые передачи. Весь механизм привода установлен на продольной, относительно подкранового рельса, балке.
Механизм передвижения с быстроходным трансмиссионным валом. Сборный трансмиссионный вал 2 механизма передвижения моста мостового крана (рис. 3, а) имеет в этом случае одинаковую угловую скорость с непосредственно соединенным с ним валом электродвигателя 1, установленного в средней части моста. От концов трансмиссионного вала вращение передается на два редуктора
3, а затем на ходовые колеса. Для той же мощности быстроходный вал в отличие от тихоходного имеет меньший диаметр (в 2—3 раза) и меньший вес (в
4—6 раз), но его применение требует высокой точности монтажа подшипников на жестких опорах н динамической балансировки вращающихся частей.

Кроме того, при нагружении крана упругие деформации моста могут вызвать значительные смещения подшипников и дополнительный перекос осей смежных секций, особенно опасный для быстроходного трансмиссионного вала. Поэтому использование быстроходного вала целесообразно для крановых мостов при длине пролета более 15—20 м с повышенной жесткостью в вертикальной плоскости и с такой установкой подшипников, которая позволяет исключить появление недопустимых перекосов и дебаланса отдельных секций. При тихоходном трансмиссионном вале деформация кранового моста под нагрузкой оказывает малое воздействие на работу вала и обычно не учитывается.
Быстроходные трансмиссионные валы иногда применяются и на главных тележках литейных кранов.
Механизм передвижения с раздельным приводом. На мостовых кранах механизм передвижения с раздельным приводом (рис. 3, г) состоит из двух отдельных приводов для каждой стороны моста, имеющих электродвигатель 1 с тормозом 2 и редуктор 3, соединенный с приводным ходовым колесом. Электродвигатели, рассчитываются с учетом возможной неравномерности их загрузки каждый на 60% от общей требуемой мощности.
За последние годы механизмы с раздельным приводом приобретают всё большее применение на кранах многих типов. У мостовых кранов они применяются на мостах балочной конструкции при пролетах более 15 м. Еще большее применение эти механизмы имеют на портальных и башенных кранах в виде независимых приводных ходовых тележек на обоих путях (рис. 6). Каждая из тележек имеет по два ходовых колеса и один электродвигатель. Независимые приводные тележки подобной конструкции используются также для шарнирных мостов козловых кранов и мостовых перегружателей.

При передвижении моста или тележки крана возникают перекосы их в горизонтальной плоскости относительно подкрановых путей. Причинами перекосов могут быть — неточность монтажа ходовой части, различие в диаметрах приводных колес, неодинаковая пробуксовка колес по рельсам, непараллельность и уклоны подкрановых путей, а для механизмов с центральным приводом, кроме того, неодинаковое закручивание концов длинного трансмиссионного вала. Невозможность полного устранения этих причин предопределяет неизбежность перекосов при передвижении моста или тележки любого крана независимо от типа привода.

Так как размеры колеи тележек намного меньше размеров колен моста, а горизонтальная жесткость рамы тележки значительно больше соответствующей жесткости металлоконструкции моста, то наиболее существенное значение имеют перекосы мостов кранов. Во время перекоса между ребордами ходовых колес и головками рельсов возникают боковые усилия, которые вызывают момент, стремящийся повернуть мост крана в горизонтальной плоскости в сторону, обратную перекосу. Взаимодействие между ребордами и рельсами приводит к их быстрому совместному износу и увеличению сопротивления передвижению, что особенно резко проявляется при установке центрального привода и во многом зависит от горизонтальной жесткости моста.

При работе механизмов с раздельным приводом перераспределение нагрузок между электродвигателями осуществляется через металлоконструкцию моста. На забегающей вперед стороне моста благодаря повышению сопротивления на приводных ходовых колесах и возрастанию нагрузки на электродвигатель наблюдается падение скорости движения. Для противоположной стороны в связи с уменьшением в это время сопротивления на приводных колесах и нагрузки на двигатель происходит некоторое повышение скорости вращения и в результате возникает автоматическое выравнивание перекоса.

Следовательно, движение моста крана с раздельным приводом происходит с меньшими перекосами, что и способствует широкому применению этого типа привода. Установка двух отдельных приводов у концевых балок моста создает, как показывает практика эксплуатации, более благоприятное распределение нагрузок на ходовые колеса, рельсы и мост крана и приводит к повышению надежности и долговечности этих элементов.

Использование раздельного привода целесообразно, когда отношение пролета крана к его базе не превышает шести. При более высокое значении этого отношения необходимо искусственное повышение горизонтальной жесткости моста, так как в противном случае из-за повышенной гибкости моста происходят значительные забегания одной концевой балки по отношению к другой.

Расчет трансмиссионных валов. Трансмиссионные валы механизмов передвижения рассчитываются на кручение по величине передаваемого крутящего момента и на изгиб от собственного веса. Быстроходные трансмиссионные валы, соединенные муфтами, представляют собой колебательные системы, у которых при совпадении частоты собственных поперечных колебании с частотой изменения внешних сил наступает явление резонанса, соответствующее определенному критическому числу оборотов п . Для предотвращения резонанса быстроходные трансмиссионные валы должны иметь скорость n, отличающуюся от критического числа оборотов, в следующих пределах: при работе в докритической зоне [pic] и [pic], и при работе в закритической зоне —[pic].

Критическое число оборотов (в об/мин) можно определить по приближенной формуле:
[pic] где d — диаметр вала, см; l — расстояние между опорами вала, м.
Следует отметить, что трубчатые трансмиссионные валы имеют критическую скорость в 4,5—5,5 раз выше, чем сплошные валы.
Механизмы передвижения однорельсовых тележек. Однорельсовые
(монорельсовые) тележки и тали, оборудованные грузоподъемным устройством, передвигаются по полкам ездовой балки. Обычно такой балкой является стальной прокат двутаврового профиля. Тележки изготовляются с ручным передвижением при непосредственном воздействии (толкании) на груз, с ручным приводом от тягового колеса (рис. 7), с приводом от электродвигателя (рис.
8) и с приводом от специального тягача.
Однорельсовые тележки устанавливаются на двух или на четырех катках.
Двухкатковые тележки имеют, как правило, ручной привод, а четырехкатковые — ручной и электрический. Для тележек с электрическим приводом обычно одна пара катков выполняется приводной. Электрические тали большой грузоподъемности подвешивают к двум четырехкатковым тележкам. В случае необходимости обе тележки могут снабжаться специальными электрическими приводами. Однорельсовые пути дают возможность получения сложных по конфигурации трасс движения тележек в горизонтальной плоскости с использованием закруглений, переводных стрелок и поворотных кругов, а тележки со специальными обрезиненными прижимными роликами могут двигаться и по наклонным участкам монорельса.

Б. Механизмы передвижения с канатной тягой

Механизмы передвижения с канатной тягой применяются главным образом для тележек башенных и кабельных кранов. Этот механизм, у которого на тележке находятся только ходовые колеса и блоки подъемного каната, характеризуется значительно меньшим весом и размерами тележки, а также возможностью ее движения по наклонному пути как рельсовому, так и канатному.
Тележка с канатной тягой наиболее распространенной конструкции (рис. 9) представляет собой жесткую раму 1 с двумя неподвижно закрепленными на ней осями 2. На осях свободно вращаются обычно на подшипниках качения ходовые колеса 3 и блоки 4 подъемного каната 5, один конец которого закреплен на металлоконструкции, а второй на барабане 8 механизма подъёма. При качении тележки по рельсам происходит перекатывание подъемного каната по блокам, вызывающее дополнительные сопротивления движению.
Тяговой канат (или цепь) 6, огибающий в конце хода тележки стационарный блок 10, состоит из двух ветвей: верхней и нижней. Обе ветви прикреплены к раме тележки, а их противоположные концы — к тяговому нарезному барабану 7 с двумя рабочими участками так, чтобы при вращении барабана одна из ветвей каната могла наматываться на барабан, а другая сматываться с него и тем самым осуществлять перемещение тележки. Места крепления ветвей каната на тяговом барабане определяются с учетом направления винтовых канавок на нем, соблюдения правильного без резкого излома схода каната и исключения возможности соприкосновения нижней ветви тягового каната с подъемным канатом крюковой обоймы 9. Для этих же целей на укосине крана, по которой перемещается тележка, иногда устанавливается несколько стационарных отклоняющих канатных блоков.

2. Ходовая часть механизмов передвижения