Грузовое натяжное устройство Н.И. Хабрата

Полезная модель относится к области машиностроения, главным образом к транспортирующим машинам с гибким рабочим органом для создания и автоматического поддержания постоянного натяжения в гибком рабочем элементе и может быть использовано для натяжения линий электропередач в железнодорожном транспорте, в приводах механических передач с гибкой связью и т.п.
Известно техническое решение, содержащее две неподвижных оси в вертикальной плоскости в опорах станины с установленными на них блоками и огибающий их гибкий орган, кинематически соединенный одним концом с подвижным рабочим органом, другим с натяжным грузом (Александров М.П. Подъемно-транспортные машины. - М.: Высшая школа, 1972, с. 403, рис. 233б. Аналог).
Основные недостатки аналога - значительные габариты натяжного устройства и большие тяжести натяжного груза.
В качестве прототипа принято техническое решение (Патент на полезную модель РФ №189151 МПК B65G 23/44. Бюл. 14, 2019. Прототип), содержащее неподвижную ось в подшипниковых опорах станины, на которой размещены неподвижно с различными расчетными диаметральными размерами малый барабан с навитым на него и закрепленным на нем одним концом гибкого органа и неподвижного блока с большим рабочим расчетным диаметром, рабочая поверхность которого на некотором угле огибается гибким органом, свисающим с него, на конце которого закреплен натяжной груз, и дополнительно снабженное подвижной осью с подвижным блоком на ней, кинематически соединенной с рабочим элементом, а гибкий орган, обогнув подвижный блок, направлен одной своей ветвью на рабочую поверхность неподвижного блока, а другой ветвью гибкий орган направлен в сторону рабочей поверхности барабана и навившись на него некоторым количеством витков, в ту же сторону, что и на неподвижном блоке, закреплен вторым концом на нем.
В материалах этого технического решения нет указания на конструктивное исполнение неподвижного блока на неподвижной оси, в частности его рабочей поверхности, контактирующей с гибким органом. По этой причине рабочая поверхность неподвижного блока принимается как известной желобчатой с закругленным основанием по месту контакта с гибким органом, как это выполняется в механизмах грузоподъемных машин (см. Справочник по кранам. Под ред. М.М. Гохберга. Л.: Машиностроение, Т. 2, 1988. стр. 258, табл. V.2.10). Назначение этих блоков - создание опоры и направления движения гибкому органу без передачи усилия трением. Эту скругленную опорную поверхность желоба блока с некоторым допущением можно представить плоскоцилиндрической.
Рассмотрим силовой механизм работы этого натяжного устройства в установившемся режиме. Из условия силового равновесия барабана с неподвижным блоком относительно неподвижной оси следует, что сумма крутящих моментов сил F⋅d/2+G⋅D/2 равна F⋅D/2, где F - усилие в гибком органе огибающем подвижный блок (наматываемом на барабан); G - усилие в гибком органе свисающем с неподвижного блока; d, D - соответственно рабочие диаметральные размеры барабана и подвижного блока.
В приведенном выше условии приведены внешние силы воздействующие на барабан и неподвижный блок.
Из приведенного выше соотношения и кинематики механизма следует, что натяжения гибкого органа при набегании на неподвижный блок и сбегании с него различны по величине. Это различие в силах уравновешивается силой трения гибкого органа о рабочую поверхность неподвижного блока, определяемая известным соотношением передач с гибкой связью (Решетов Д.Н. Детали машин. М.: Машиностроение, 1989, с. 288-291). В этом случае сила трения направлена по гибкому органу в ту же сторону, что и сила тяжести G, от натяжного груза и ее величина зависит от коэффициента трения по поверхности контакта неподвижного блока с гибким органом и угла их обхвата.
Естественно, что чем больше будет сила трения по поверхности контакта этих элементов, тем меньше потребуется сила тяжести натяжного груза для создания требуемого рабочего натяжения в гибком органе при всех прочих равных условиях.
При плоско-цилиндрической опорной поверхности неподвижного блока в контакте с гибким органом возникают небольшие силы трения и для обеспечения создания рабочего усилия рабочему органу требуется груз повышенной силы тяжести. В этом состоит недостаток прототипа.
Задачей изобретения полезной модели является создание конструктивных элементов по поверхности контакта гибкого органа с рабочей поверхностью неподвижного блока создающего условие создания повышенного трения, приводящее к снижению силы тяжести натяжного груза, обеспечивая создание требуемого рабочего усилия натяжения рабочего органа.
Поставленная задача решается путем выполнения рабочей поверхности контакта неподвижного блока с гибким органом клинообразной формы с величиной угла превышающей двойной угол трения контактирующих поверхностей неподвижного блока и гибкого органа.
На фиг. 1 представлен эскиз грузового натяжного устройства на виде сбоку, на фиг. 2 повернутое сечение неподвижного блока с гибким органом по сечению А-А фиг. 1.
Грузовое натяжное устройство по фиг. 1 содержит ось 1, установленную подвижно в подшипниковых опорах 2, станины 3 и подвижную ось 4 с установленным на ней подвижным блоком 5, которая кинематически соединена посредством гибкого элемента 6 с подвижным рабочим элементом 7.
При этом на оси 1 размещены неподвижно с различными рабочими диаметральными размерами малый барабан 8 и большой неподвижный блок 9.
Гибкий орган 10 закреплен и навит некоторым количеством витков на барабане 8, затем огибает подвижный блок 5, неподвижный блок 9 в том же направлении что и на барабане 8 и далее вертикально свисает ветвью 11, на конце которой закреплен натяжной груз 12.
Навивка гибкого органа 10 на некоторое количество витков при предварительной сборке натяжного устройства определяется расстоянием на которое смещается рабочий элемент 7 при первоначальной установке натяжного устройства и с учетом дополнительного смещения рабочего элемента в процессе его эксплуатации.
На фиг. 2 представлено клинообразное сечение неподвижного блока 9 в его контакте с гибким органом 10. При этом угол клинообразной поверхности неподвижного блока превышает двойной угол трения поверхностей контакта гибкого органа и рабочей поверхности неподвижного блока.
Наличие клинообразной формы неподвижного блока способствует повышению нормального давления между поверхностями контактируемых поверхностей, способствуюя увеличению трения между этими поверхностями.
Работает грузовое натяжное устройство следующим образом. При подвешивании груза 12 на свисающую ветвь 11, усилие от последнего передается ветвям гибкого органа 10, привода в движение вращательное неподвижного блока 9 и барабана 8. Вертикальное смещение натяжного груза 12 приводит к смещению подвижного блока 5 с подвижной осью 4 и далее через гибкий элемент подвижному рабочему элементу 7. При этом гибкий орган 10 свивается с барабана 8 меньшей длиной, чем с неподвижного блока 9.
Смещение подвижного блока 5 и соответственно подвижного рабочего элемента 7 в этом случае составляет полуразность длин гибкого органа 10 свитого с неподвижного блока 9 и барабана 8.
Опускание натяжного груза 12 продолжается до тех пор пока не наступит силовое равновесное состояние внешних сил воздействующих на неподвижный блок 9, барабан 8 и равновесное силовое состояние участка гибкого органа 10 на дуге обхвата неподвижного блока 9, то есть сила F равна суммарной силе силы тяжести груза и силы трения гибкого органа в месте контакта с неподвижным блоком.
Расчетами установлено, что при угле обхвата гибким органом неподвижного блока равным 90° и коэффициенте трения в контакте между ними равном 0,15, максимально достигаемые отношения силы в гибком элементе 6 к силе тяжести натяжного груза и при этом отношение расчетных диаметров неподвижного блока к диаметру барабана составляют соответственно при:
- плоско-цилиндрической поверхности контакта неподвижного блока с гибким органом 2,53 и 9,53;.
- клинообразной рабочей поверхности контакта неподвижного блока с гибким органом 9,84 и 1,255 и угле клинообразного желоба 17°.
Анализ этих сравнительных данных показывает, что для конкретного случая параметров клинообразной рабочей поверхности неподвижного блока при создании одного и того же усилия подвижному рабочему элементу потребуется усилие натяжного груза в 3,9 раза меньше, а также расчетный диаметр неподвижного блока в 7,6 раза меньше при одинаковых расчетных диаметрах барабанов. Сравнительный анализ явно в пользу предлагаемой конструкции.