Барабан с устройством крепления конца каната

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ БАРАБАН С УСТРОЙСТВОМ КРЕПЛЕНИЯ КОНЦА КАНАТА(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(72) Авторы Шило Иван Николаевич Агейчик Валерий Александрович Агейчик Юрий Валерьевич(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(57) 1. Барабан с устройством крепления конца каната, содержащий тонкостенный цилиндр с наружными направляющими бортами и утопленными внутрь его боковыми дисками, со ступицами под установку на валу приводного механизма и с отверстием с одной из сторон для запасовки конца каната под тонкостенный цилиндр к наружной поверхности бокового диска, в которую ввинчены болты прижимных планок конца каната к боковому диску, отличающийся тем, что внутренняя поверхность тонкостенного цилиндра и наружная поверхность бокового диска со стороны отверстия для запасовки конца каната выполнены с возможностью укладки конца каната и прижима его к наружной поверхности бокового диска прижимными планками, выполненными в виде равных частей 12280 1 2009.08.30 кругового кольца с внутренним опорным ребром, болты которых имеют сопрягающуюся с отверстием прижимной планки цилиндрическую и боковую упорную коническую поверхности под прижимными планками расположено с возможностью упора в конец каната и конические поверхности болтов подпорное кольцо, выполненное из двух равных полуколец со скошенными внутрь торцами и с конической внутренней поверхностью, прилегающей к боковым коническим поверхностям болтов. 2. Барабан по п. 1, отличающийся тем, что прижимные планки соединены между собой закрепленными винтами жесткими перемычками. Изобретение относится к барабанам механизма намотки каната, которые служат для аккумулирования каната у грузоподъемных кранов и тяговых лебедок и являются составной частью механизма подъема груза кранов и составной частью лебедок. Известно, что конструкция крепления каната на барабане должна быть надежной, доступной для осмотра, удобной для замены каната и достаточно простой в изготовлении. Канат в месте крепления не должен подвергаться резкому изгибу 1, а выход из строя устройства крепления представляет собой серьезную опасность здоровью и жизни людей,целостности поднимаемых и перемещаемых грузов. Согласно правилам Госгортехнадзора при машинном приводе в зависимости от режима работы диаметры огибаемых канатами поверхностей барабанов, блоков и других приспособлений должны быть равны не менее 20 35 диаметров расположенного на них каната. При нарушении этого правила прочность каната и его поведение во время эксплуатации не могут быть рассчитаны и предсказаны проектировщиком. Канат не должен давить на острые края планок и реборд, т.к. при этом существует опасность его излома 2. При креплении конца каната на барабане широко используется установленная Эйлером зависимость/ ,где , - натяжение каната в месте его крепления- максимальное натяжение в канате при подъеме груза 0,16-минимальный коэффициент трения между канатом и поверхностью барабана- угол обхвата канатом барабана. Согласно этому выражению, один предварительный обхватывающий барабан виток уменьшает действующее на устройство крепления каната усилие в 2,73 раза, два - в 7,46 раза и т.д. Известны устройства крепления каната с помощью прижимной планки (рис. 60) 3 стр. 47 (приложение 1) и клина (рис. .2.15.) 4 стр.265 (приложение 2). Такие устройства крепления изготавливаются с помощью сложных литейных форм, а в местах крепления канат в них подвергается недопустимым местным и изгибным деформациям, что резко снижает надежность крепления и противоречит приведенным выше правилам. Эти устройства применяют лишь при наличии нескольких предварительных обхватывающих витков. При длительной эксплуатации нельзя гарантировать надежность работы этих устройств и обрыв каната в них, как правило, происходит в месте его наибольшего изгиба. Наиболее распространенным является крепление канатов на барабане накладками(рис. .2.13-.2.14) 4 стр.264 (приложение 2). При этом используются 2-3 неприкосновенных витка, во много раз снижающие усилие, выдергивающее конец каната из под накладки. Рассчитывается одно крепление накладкой и болтом, а для страховки ставится два. Расчеты показывают, что, например, при максимальной загрузке каната диаметром 15 мм для его удержания этим устройством крепления потребуется при винтовой навивке три неприкосновенных витка и все устройство крепления с этими витками займет 108 мм длины барабана диаметром не менее 300 мм. Это и является его основным недостатком. 2 12280 1 2009.08.30 Известно крепление нажимными планками конца каната, пропущенного сквозь тело барабана и огибающего несколько раз его ступицу 3 рис. 59 стр.47, планками с болтами к наружной поверхности торцевого диска (приложение 1). При этом удается освободить ценную наружную поверхность барабана от неприкосновенных витков и накладок. Однако перенос неприкосновенных витков на ступицу хоть и дает некоторый выигрыш в размерах и массе, но приводит к недопустимому резкому искривлению напряженного участка каната. Логичнее просто крепить конец каната к наружной поверхности диска зажимом по центру нескольких планок с двумя болтами по краям каждой из них. Оценим такую возможность. Возьмем канат ЛК-Р-6 х 19 ГОСТ 2688-80 4 диаметром 15 мм. При среднем режиме работы его максимальное натяжение 22812 Н. Сила прижатия планкой каната при имеющихся двух поверхностях трения при коэффициенте трения 0,16 Напряжение растяжения одного из двух болтов с внутренним диаметром резьбы 1 с учетом коэффициента 1,3 влияния касательных напряжений в резьбе при затягивании болта Напряжение изгиба одного из двух болтов при плече 1,5 изгибающего усилияи моменте сопротивления изгибу болта 0,13 И Напряжение среза одного из двух болтов Подставив принятые нами числовые значения, получим для каждого из рекомендуемых для этих размеров болтов 16 напряжение растяжения 308,3 Н/мм 2, а напряжения изгиба и среза соответственно 446,8 и 38,0. Суммарное нормальное напряжение приходящееся на один болт 755,1. Определенное по энергетической теории прочности 5 эквивалентное нормальное напряжение равно 757,9. То есть доля касательного напряжения в нем около 0,4 и его можно в расчетах не учитывать, а из общего напряженного состояния болта 59 приходится на изгиб. Для стали марки ст. 4 допускаемое нормальное напряжение 90100 Н/мм 2. Таким образом прочность обеспечат 8 планок с двумя болтами каждая, но с учетом необходимого запаса прочности их должно быть 16. Известно 4 рис. .2.15.б стр.265 (приложение 2) устройство крепления каната на барабане прижимными планками на торцевой стенке. В нем канат укладывается в предварительно прикрепленный к торцевой стенке кольцевой желоб, который имеет внутреннюю ширину существенно большую диаметра каната, а высоту бортов существенно меньшую этого диаметра. Прижимные планки имеют по два болта, по одному на каждую внешнюю сторону желоба. Они вначале сжимают канат между их серединой и дном желоба, за счет чего и осуществляется его крепление. При дальнейшем затягивании болтов планка ложится на жесткие боковые ребра желоба и далее затяжка болтов будет, не усиливая зажим каната, способствовать уменьшению отрицательного влияния изгибающего болты момента,возникающего при работе устройства. При этом, чтобы болты не изгибались, сила трения планок о ребра желоба должна быть гарантированно больше силы трения между канатом 3 12280 1 2009.08.30 и планкой. Это возможно, если сила прижатия планок к ребрам желоба больше силы прижатия планки к канату. В этом случае, согласно предыдущим расчетам, с учетом обычного в таких случаях коэффициента запаса 1,5 нагрузка на один болт составит 770,2 Н/мм 2. Таким образом, для крепления каната с использованием желоба понадобится восемь планок с двумя болтами, столько же как и без использования желоба. Для полной безопасности крепления, таких планок должно быть установлено шестнадцать. Установка желоба положительного результата не дает, а лишь усложняет конструкцию. Задача, которую решает изобретение, заключается в повышении надежности крепления конца каната к барабану механизма намотки при одновременном снижении габаритных размеров и массы барабана. Поставленная задача решается с помощью барабана с устройством крепления конца каната, содержащего тонкостенный цилиндр с наружными направляющими бортами и утопленными внутрь его боковыми дисками, со ступицами под установку на валу приводного механизма и с отверстием с одной из сторон для запасовки конца каната под тонкостенный цилиндр к наружной поверхности бокового диска, в которую ввинчены болты прижимных планок конца каната к боковому диску, где внутренняя поверхность тонкостенного цилиндра и наружная поверхность бокового диска со стороны отверстия для запасовки конца каната выполнены с возможностью укладки конца каната и прижима его к наружной поверхности бокового диска прижимными планками, выполненными в виде равных частей кругового кольца с внутренним опорным ребром, болты которых имеют сопрягающуюся с отверстием прижимной планки цилиндрическую и боковую упорную коническую поверхности под прижимными планками расположено с возможностью упора в конец каната и конические поверхности болтов подпорное кольцо, выполненное из двух равных полуколец со скошенными внутрь торцами и с конической внутренней поверхностью, прилегающей к боковым коническим поверхностям болтов, а прижимные планки соединены между собой закрепленными винтами жесткими перемычками. На фиг. 1 показан вид торца барабана с установленным на нем устройством крепления конца каната к барабану. На фиг. 2 показан разрез А-А из фиг. 1 устройства крепления конца каната к барабану. На фиг. 3 показан вид сверху части подпорного кругового кольца. На фиг. 4 показана расчетная схема устройства крепления конца каната к барабану. Барабан с устройством крепления конца каната при одинарном полиспасте содержит конец каната 1, барабан 2 в виде тонкостенного цилиндра с наружными направляющими бортами 3 и утопленными внутрь его боковыми дисками 4, один из которых выполнен с резьбовыми отверстиями, и со ступицами 5, установленными на вале 6 приводного механизма. Барабан 2 имеет в своей цилиндрической части на уровне наружной поверхности бокового диска 4 с резьбовыми отверстиями отверстие 7, для запасовки конца каната 1 под тонкостенный цилиндр к наружной поверхности этого бокового диска 4, и прижимающие к боковому диску 4 конец каната 1 прижимные планки 8, выполненные в виде равных частей кругового кольца с внутренним опорным ребром и с цилиндрическими отверстиями. В цилиндрические отверстия планок 8 вставляются болты 9, ввинчивающиеся в наружную поверхность бокового диска 4, имеющие сопрягающуюся с отверстием прижимной планки 8 цилиндрическую и боковую коническую поверхности. В головках болтов 9 имеются отверстия для крепежной проволки. Под прижимными планками 8 расположено между их наружными кольцевыми кромками и болтами 9 подобно планкам 8 с возможностью упора в конец каната 1 подпорное круговое кольцо 10, выполненное из двух равных полуколец со скошенными внутрь торцами и с конической внутренней поверхностью,прилегающей к боковым коническими поверхностями болтов 9. К стыку внутренней цилиндрической поверхности барабана 2 и наружной боковой поверхности диска 4 укладывают конец каната 1, прижимаемый к наружной поверхности диска прижимными планками 8, а к внутренней цилиндрической поверхности барабана 2 установленным под планками 8 4 12280 1 2009.08.30 упирающимся в канат и конические поверхности болтов 9 подпорным круговым кольцом 10,состоящим из двух равных полукруговых колец с внутренней конической поверхностью,прилегающей к боковым коническим поверхностям болтов 9. Соприкасающиеся с концом каната 1 поверхности стыка цилиндрической внутренней поверхности барабана 2 и бокового диска 4, а также подпорного кругового кольца 10 могут иметь канавки по форме контактирующей поверхности конца каната 1, а контактирующая с концом каната 1 часть прижимных планок 8 имеет такие канавки в обязательном порядке. Под головками болтов 9 установлены по форме опорной части их головок регулировочные кольца 11. В случае необходимости под ребра некоторых или всех прижимных планок 8 могут устанавливаться тонкие регулировочные пластинки 12. Прижимные планки 8 в виде равновеликих частей кругового кольца соединены между собой с помощью вкрученных в них винтов 13 жесткими перемычками 14. Болты 9 фиксируются между собой от выкручивания проволкой 15. Барабан работает следующим образом. Конец каната 1 укладывается к стыку цилиндрической внутренней поверхности барабана 2 и наружной боковой поверхности диска 4 на максимально возможную длину. Установка крепления начинается с конца каната, причем первая прижимная планка 8 после установки подпорного кругового полукольца 10 с применением регулировочных колец 12 прижимается к концу каната 1, который периодически натягивается, болтами 9. При этом с помощью регулировочных пластинок 12 и колец 11 и точного расположения резьбовых отверстий в боковых дисках 4 добиваются равновеликого и равномерного прижатия конца каната 1 как прижимной планкой 8, так и подпорным круговым полукольцом 10, а также плотного прилегания к цилиндрической внутренней поверхности отверстий прижимной планки 8 цилиндрической наружной поверхности болтов 9, особенно в первую очередь со стороны центра бокового диска 4 и во вторую очередь со стороны обратной концу каната. После установки первой с конца каната 1 прижимной планки последовательно тщательно устанавливаются аналогичным образом другие прижимные планки 8. В представленном нами варианте конкретного исполнения устройства имеются пять прижимных планок 8 с тремя болтами 9 в каждой из них. Скошенные внутренние торцы подпорных круговых полуколец 10 способствуют их беспрепятственному монтажу. После установки всех прижимных планок 8 они соединяются между собой вкрученными в них винтами 13 жесткими перемычками 14. Это обеспечит более равномерное распределение нагрузки между деталями устройства во время его работы. Фиксация болтов 9 проволкой 15 обеспечит надежную работу устройства для крепления конца каната в течение длительного времени. Согласно представленной на фиг. 4 расчетной схеме устройства крепления конца каната к барабану, при приложении к канату рабочей нагрузки на прижимную планку 8 как реакции со стороны конца каната 1 и поверхности барабана 2 действуют силы 1, и 2, которые в силу равенства их плеч относительно оси болта 9 равны между собой. Со стороны конца каната 1 на подпорное круговое полукольцо 10 действует равная по условию равномерности сжатия каната 1 этим силам сила 3. Эта сила далее передается на коническую поверхность болта 9, где вызывает силу 43, где- угол между образующей конической поверхности и его осью, равный в нашем исполнении 20, т.е. 40,36 1. Таким образом болт 9 растягивается суммарной силой 1242,36 1. В плоскости чертежа на болт 9 действует изгибающий момент (3-4)4, который блокируется значительно превышающим его возможным значением момента со стороны плотно прилегающей внутренней цилиндрической поверхности отверстия прижимной планки 8 силы 756 на плече , где сила трения ребра 62, а сила сцепления 5 значительно больше 1 из-за профильной нижней кромки прижимной планки 8. В плоскости перпендикулярной чертежу на прижимную планку 8 со стороны конца каната 1 действует сила 1, изгибающее воздействие которой на болт 9 блокируется жесткой конструкцией как самой прижимной планки 8 с ребром жесткости, так и всей сочлененной конструкции 5 12280 1 2009.08.30 устройства в целом. Непосредственно на болт в этой плоскости передается момент(3-4)/, но в силу плотного прилегания внутренней цилиндрической поверхности отверстия прижимной планки 8 с цилиндрической поверхностью болта 9 со стороны обратной концу каната 1 он блокируется аналогичным предыдущему образом. Так как напряжения среза не оказывают практического влияния на работу болта 9, на него оказывает воздействие лишь растягивающее усилие 2,36 1. В устройстве крепления конца каната к барабану два подпорных круговых полукольца 10 выполняют также функцию опорной обхватываемой концом каната 1 поверхности барабана (см. формулу 1). С учетом конкретного угла обхвата по формуле (1) определяем,что за счет этого эффекта выдергивающее усилие уменьшится в 2,5 раза с 122812 до 29127 Н. Ввиду наличия четырех поверхностей трения сила прижатия конца каната 1 равна 1 С учетом коэффициента 1,3, учитывающего трение в витках резьбы при закручивании болта 9 Для 16 получаем растягивающее нормальное напряжение 291,0 Н/мм 2. Его выдержат три болта нашей конструкции, что в 5,3 раза меньше, чем у конструкции с желобом или без него. Использование в нашем исполнении 15 болтов дает пятикратную гарантию надежности крепления вместо требуемой двойной. В конструкции заявляемого устройства концентрируется целый ряд преимуществ и достоинств отсутствие недопустмых изгибов каната наличие эффекта одного неприкосновенного витка увеличение прижимаемых поверхностей каната до четырех вместо двух работа прижимных болтов только на растяжение повышение в 5,3 раза надежности крепления при одновременном уменьшении его размеров и массы компактность и эстетичность конструкции. Источники информации 1. Александров М.П. Подъемно-транспортные машины. - М. Высшая школа, 1985. С. 128. 2. Справочник по кранам / Под ред. А.И. Дукельского. Т.2. - М. Машиностроение,1973. - С. 266. 3. Кифер Л.Г., Абрамович И.И. Грузоподъемные машины. Ч. 1. - М. Машгиз, 1956. С. 47. 4. Александров М.П., Гохберг М.М., Ковин А.А. и др. Справочник по кранам. Т.2. М. Машиностроение, 1988. - С. 264-265. 5. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. - М. Высшая школа, 2001. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 7