ГРУЗОПОДЪЕМНОЕ УСТРОЙСТВО КАНАТНОГО ГРУЗОПОДЪЕМНОГО МЕХАНИЗМА
HOISTING DEVICE OF ROPE HOISTING GEAR

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к грузоподъемному устройству канатного грузоподъемного механизма, содержащему грузоподъемный канат, канатный барабан с одной канавкой для грузоподъемного каната и грузоподъемный элемент для подъема груза, причем грузоподъемный элемент содержит канатный полиспаст для грузоподъемного каната, причем грузоподъемный канат направлен от канатного барабана через по меньшей мере канатный полиспаст грузоподъемного элемента к неподвижной точке крепления на канатном грузоподъемном механизме.
Уровень техники
Обычно такое грузоподъемное устройство канатного грузоподъемного механизма может быть расположено, например, в тележке мостового крана, выполненного с возможностью перемещения вдоль горизонтальной главной опоры. Проектная база для такого оборудования установлена, помимо прочего, в стандарте FEM (Европейская федерация производителей подъемно-транспортной и складской техники, 1.001, книга 4).
В таком устройстве между канавкой для грузоподъемного каната на канатном барабане и направлением выхода каната образован угол, поскольку по мере сматывания грузоподъемного каната с канатного барабана канатный барабан «опустошается», и точка выпуска каната с барабана перемещается наружу от вертикальной оси грузоподъемного элемента при одновременном перемещении грузоподъемного элемента вниз. В ситуации, когда грузоподъемный элемент находится в своем верхнем положении, этот угол должен быть маленьким (приблизительно 0 градусов). При снижении грузоподъемного элемента угол увеличивается в соответствии кратностью запасовки каната и диаметром барабана, поскольку шаг витка канавки также принимается во внимание. Этот угол между грузоподъемным канатом и канавкой для каната на канатном барабане, также называемый углом наклона каната относительно оси барабана, оказывает негативное влияние, если он становится слишком большим, поскольку это разрушает грузоподъемный канат и канавку для каната. По этой причине стандарты ограничивают этот угол до значения меньше 2,5 градусов для нераскручивающегося грузоподъемного каната и менее 4 градусов для раскручивающегося грузоподъемного каната. Даже меньшие углы оказывают негативное влияние на срок службы грузоподъемного каната по сравнению с ситуацией, когда этот угол не оказывает влияния.
На практике для ограничения влияния угла наклона каната относительно оси барабана, диаметр канатного барабана, (который, естественно, оказывает влияние на высоту подъема канавки), должен быть достаточно большим, при этом, принимая во внимание выбранную кратность запасовки каната. Диаметр канатного барабана непосредственно влияет на вторичный момент на передаче канатного грузоподъемного механизма, и, таким образом, является существенным фактором стоимости.
При использовании раскручивающихся канатов, требующих угла наклона между канатом и осью барабана менее 4 градусов, руководство упомянутого выше стандарта позволяет выбрать следующие отношения D/d для диаметров канатного барабана и грузоподъемного каната в минимальном классе М4: более 16 для запасовки 1x4 и более 30 для запасовки 1x8. При использовании нераскручивающихся канатов, требующих угла менее 2,5 градусов, выбранное отношение диаметров D/d для канатного барабана и грузоподъемного каната составляет более 18 для запасовки 1x4 и более 32 для запасовки 1x6.
В соответствии с Европейским стандартом EN13001-2-2 неблагоприятное воздействие угла наклона каната относительно оси барабана начинается при угле от 0,5 градусов. Таким образом, эти воздействия наблюдаются с помощью коэффициента, который, на практике, начинается снижаться от значения, равного единице.
Из-за описанных выше проблем угол наклона каната относительно оси барабана при использовании нераскручивающегося грузоподъемного каната ограничен значениями, составляющими от 0 до 2,5 градусов, а угол наклона каната относительно оси барабана при использовании раскручивающегося грузоподъемного каната ограничен значениями, составляющими от 0 до 4 градусов, что значительно ограничивает длину канатного барабана (подходящий выбор диаметра и длины канатного барабана), а также отношение между диаметрами канатного барабана и грузоподъемного каната в грузоподъемных устройствах, где имеется несколько шагов вверх/вниз одного грузоподъемного каната (более четырех, т.е. более чем 1x4).
Сущность изобретения
Задачей настоящего изобретения является решение описанных выше проблем, касающихся канатного барабана и сходящего с него грузоподъемного каната. Решение этой задачи обеспечивает устройство в соответствии с изобретением, отличающееся тем, что канатный барабан наклонен относительно горизонтальной плоскости таким образом, что его первый конец, по направлению к которому наматывается грузоподъемный канат в верхнем положении грузоподъемного элемента, расположен выше, чем другой конец канатного барабана, в направлении которого разматывается грузоподъемный канат в нижнем положении грузоподъемного элемента.
Иными словами, конец канатного барабана, расположенный ближе к вертикальной линии грузоподъемного элемента, в общем, находится выше, чем конец, расположенный дальше от этой вертикальной линии, если только рассматриваемый барабан не является очень коротким.
Величина наклона зависит от всех факторов, влияющих на геометрию подъема, но кратность запасовки каната и диаметр канатного барабана оказывают на нее наибольшее влияние. Предпочтительный угол наклона может составлять, например, от 1 до 4 градусов. В каждом варианте осуществления предпочтительный угол наклона является максимальным предельным значением при самом нижнем положении грузоподъемного элемента. Это полностью или почти полностью компенсирует изменение угла каната.
Обычно грузоподъемный канат направлен от канатного барабана к неподвижной точке крепления (на тележке) через канатный полиспаст грузоподъемного элемента и по меньшей мере один шкив, расположенный выше (например, в раме тележки).
В предшествующем уровне техники горизонтальное положение канатного барабана рассматривалось как самоочевидный факт, и идея изменения его положения, как описано в настоящем изобретении, не рассматривалась как один из ключевых критериев конструкции.
Решение в соответствии с настоящим изобретением позволяет получить несколько существенных преимуществ, поскольку угол наклона каната относительно оси канатного барабана может быть уменьшен до безопасного уровня (около 0 или приблизительно 0 градусов). Срок службы грузоподъемного каната увеличивается. Канавка для каната на канатном барабане не изнашивается. Кручение грузоподъемного каната при ударе о края канавки для каната исключается, что устраняет риск разрушения грузоподъемного каната по этой причине. Появляется больше вариантов выбора грузоподъемного каната (раскручивающийся/нераскручивающийся) и возможность использования более дешевых канатов. Кроме того, может быть создано больше шагов вверх/вниз грузоподъемного каната без уменьшения срока службы грузоподъемного каната и канатного барабана. Выбор диаметра канатного барабана становится проще осуществить. Отношение D/d между диаметрами канатного барабана и грузоподъемного каната может быть уменьшено, что позволяет выбрать канатный барабан меньшего диаметра. Кроме того, снижение вторичного момента позволяет выбрать грузоподъемное устройство меньшего размера. Все это позволяет обеспечить снижение уровня затрат. Кратность запасовки каната может быть увеличена при том же диаметре канатного барабана, что, в свою очередь, увеличивает полезную грузоподъемность при том же диаметре грузоподъемного каната. При серийном производстве число сочетаний, применимых для одних и тех же компонентов, увеличивается, что, в свою очередь, повышает экономическую эффективность.
Относительно сложная и дорогая направляющая каната, которая направляет грузоподъемный канат к канатному барабану, в некоторых случаях может не требоваться, поскольку канат естественным образом направляется правильно.
Краткое описание чертежей
Изобретение будет более подробно описано ниже со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 представлено грузоподъемное устройство, в котором канатный барабан расположен горизонтально.
На фиг. 2 представлено грузоподъемное устройство по фиг. 1, в котором канатный барабан наклонен в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 3 представлено влияние наклона в соответствии с изобретением на угол наклона каната по отношению к оси барабана.
На фиг. 4-7 представлены различные варианты осуществления запасовки с четырьмя грузоподъемными канатами в соответствии с изобретением.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 представлено грузоподъемное устройство канатного грузоподъемного механизма (например, в тележке мостового крана (не показан)), содержащее канатный барабан 1 для грузоподъемного каната 2 и грузоподъемный элемент 3 для подъема груза (не показан). Грузоподъемный элемент 3 содержит канатный полиспаст 4 для грузоподъемного каната 2. Соответственно, верхняя часть неподвижной части канатного грузоподъемного механизма, такая как рама, содержит шкив 5 для каната 2. Грузоподъемный канат 2 направлен от канавки 1а для каната на канатном барабане 1 к неподвижной точке X крепления на канатном грузоподъемном механизме через канатный полиспаст 4 для грузоподъемного элемента 3 и шкив 5. При этом один грузоподъемный канат 2 используется для получения четырехканатного или 1x4 канатного грузоподъемного устройства в соответствии с фигурой, на котором представлено четыре шага вверх/вниз. При опускании грузоподъемного элемента 3 грузоподъемный элемент 3 перемещается вбок на расстояние S/i. Канатный барабан 1 находится в горизонтальном положении. Грузоподъемный канат 2 намотан на канатный барабан 1 в один слой.
На фиг. 1 использованы следующие символы:
S = горизонтальный перенос грузоподъемного каната 2 на канатном барабане 1 при перемещении грузоподъемного элемента 3 из положения, представленного в верхней части фигуры, в положение, представленное в нижней части того же чертежа;
0
S = измерение горизонтального положения грузоподъемного каната 2 в верхнем положении грузоподъемного элемента 3;
е = высота подъема;
0
е = измерение вертикального положения грузоподъемного элемента 3 в его верхнем положении;
i = кратность запасовки каната;
р = шаг канавки 1а для каната;
D = (эффективный) диаметр канавки 1а для каната;
d = диаметр грузоподъемного каната 2;
π = постоянная;
δ = угол наклона каната относительно оси барабана (изменяемый угол между грузоподъемным канатом 2 и канавкой 1а для каната);
1
2
β = угол грузоподъемного каната 2 относительно вертикальных плоскостей V и V;
1
2
V и V = вертикальные плоскости;
α = угол, соответствующей шагу канавки 1а для каната.
В этом случае,
S=(e⋅i⋅p)/(π⋅d)
0
0
tan β=(S+S-S/i)/(e+e)
tan α=р/π⋅D
δ=β-α
Кроме того, маркировка 1x4 может быть использована в отношении кратности i и запасовки; это означает, что с помощью одного грузоподъемного каната 2 может быть создано 4 шага вверх-вниз. В этом случае кратность i запасовки каната равна 4.
Следовательно, когда канатный барабан 1, на который в один слой намотан грузоподъемный канат 2, наклонен относительно горизонтальной плоскости по фиг. 2 и в соответствии с изобретением таким образом, что первый конец канатного барабана 1, по направлению к которому канат 2 наматывается в верхнем положении грузоподъемного элемента 3, находится выше, чем другой конец барабана 1, в направлении которого канат 2 разматывается в нижнем положении грузоподъемного элемента 3 (в этом примере можно также сказать, что конец канатного барабана 1, находящийся ближе к вертикальной линии грузоподъемного элемента 3, выше, чем конец, расположенный дальше от этой вертикальной линии), уменьшенный угол δ можно рассчитать по формуле:
δ=В-α-ϕ,
где
ϕ = заданный угол наклона канатного барабана.
Преимущество наклона в отношении угла наклона каната относительно оси барабана становится особенно очевидным из фиг. 3, на которой представлен угол δ наклона каната относительно оси барабана в виде функции высоты подъема е. Верхняя кривая описывает характерное изменение угла δ наклона каната относительно оси барабана для не наклоненного канатного барабана 1, а нижняя кривая описывает это изменение для наклоненного барабана 1. Преимущество наклоненного канатного барабана 1 в отношении уменьшения угла δ наклона каната относительно оси барабана очевидно уже при относительно низких высотах подъема. На фиг. 3 представлена нижняя кривая в виде графика, на котором она заметно отклоняется от горизонтальной оси. На практике, преимущество от наклона может быть настолько большим, что нижняя кривая проходит очень близко к горизонтальной оси, но здесь она заметно отделена для улучшения читаемости.
На фиг. 4 представлено грузоподъемное устройство в соответствии с изобретением, содержащее наклонный грузоподъемный барабан 1; это устройство отличается от устройства по фиг. 2 тем, что канатный полиспаст 4 и шкив 5 грузоподъемного элемента 3 повернуты на 90 градусов вокруг вертикальной оси.
На фиг. 5 представлено грузоподъемное устройство в соответствии с изобретением, содержащее наклонный грузоподъемный барабан 1. Это устройство отличается от представленного на фиг. 2 тем, что канат 2 направлен к канатному барабану 1 с другой стороны канатного полиспаста 4 (верхней стороны барабана 1). Кроме того, неподвижная точка X крепления для грузоподъемного каната 2 находится на другой стороне шкива 5.
На фиг. 6 представлено грузоподъемное устройство в соответствии с изобретением, содержащее наклонный грузоподъемный барабан 1. Это устройство отличается от представленного на фиг. 2 тем, что канатный полиспаст 4 повернут на 90 градусов вокруг вертикальной оси. Кроме того, грузоподъемный канат 2 направляется на канатный барабан 1 с канатного полиспаста, расположенного на стороне верхнего конца барабана 1, а неподвижная точка X крепления для каната 2 находится на другой стороне шкива 5.
На фиг. 7 представлено грузоподъемное устройство в соответствии с изобретением, содержащее наклонный грузоподъемный барабан 1. Это устройство отличается от представленного на фиг. 2 тем, что канатный полиспаст 4 повернут на 90 градусов.
Фиг. 4-7 демонстрируют, что наклон канатного барабана 1 в соответствии с настоящим изобретением может использоваться при различном расположении шкивов и полиспастов. Кроме того, изобретение не ограничено представленными здесь четырьмя канатами; число канатов может быть больше или меньше в зависимости от высоты подъема и размеров груза.
Наклон канатного барабана 1 осуществляется с помощью по меньшей мере одного подъемника (не представлен на чертежах) в опорах или стаканах подшипников (не показаны) канатного барабана 1, что обеспечивает возможность закрепления концов канатного барабана 1 на разной высоте. Это позволяет использовать одинаковые подшипники на обеих сторонах канатного барабана 1. Термин «подъемник», в общем, относится к устройству, позволяющему регулировать высоту. Таким образом, нижняя поверхность горизонтальной конструкции может быть «поднята» вниз между по меньшей мере одним из стаканов подшипников (или опор) и горизонтальной поверхностью. Альтернативно, наклон барабана с механизмом, закрепленным сбоку, может осуществляться с помощью отверстий под винты, высверленных на различной высоте в точке крепления или на концевых деталях, или с помощью других подобных крепежных средств. Овальные отверстия, высверленные на одной высоте, также подходят для этой цели.
Предпочтительно, угол наклона канатного барабана 1 является фиксированным для каждого грузоподъемного устройства, но может варьироваться для разных устройств или серий грузоподъемных устройств.
Если прикрепление выполнено в верхней части, на конце механизма барабана может использоваться более длинная подвесная часть, свисающая ниже. Эта часть также может быть регулируемой. Место крепления подвесной части в тележке или на конце имеет другую высоту между концами или должно регулироваться до другой высоты.
Задачей настоящего изобретения является изменение базовой отправной точки конструкции; ранее выбор типа грузоподъемного устройства включал несколько более или менее взаимосвязанных конструктивных параметров, определяющих ограниченный рабочий интервал, как описано в разделе «Уровень техники». Расширение этого интервала в определенном направлении легко может позволить использовать только один тип грузоподъемного устройства для конкретных параметров. Задачей настоящего изобретения является полное устранение влияния одного ограничивающего параметра путем создания более широкого рабочего интервала для каждого типа грузоподъемных устройств. Таким образом, при серийном производстве число различных частей и рам разных размеров может быть уменьшено при расширении возможностей каждого из типов грузоподъемных устройств. Например, производство грузоподъемных устройств с запасовкой каната 1x8 и 1x10 ранее было ограничено, но настоящее изобретение делает его возможным.
На чертежах представлены грузоподъемные устройства с четным числом канатов. Нечетное число канатов (например, 3, 5, 7 или 9 шагов вверх/вниз) также возможно, в случае чего точка закрепления грузоподъемного каната 2 приспособлена к грузоподъемному элементу 3. Этот вариант не представлен отдельно на чертежах.
Таким образом, приведенное описание лишь иллюстрирует основную идею настоящего изобретения. Специалист в данной области техники может вносить изменения без отклонения от сущности настоящего изобретения, определенной прилагаемой формулой изобретения.