ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ПОДЪЕМНИК ДЛЯ ТЯЖЕЛЫХ ГРУЗОВ

Полезная модель относится к грузовым подъемникам вертикального типа, предназначенным для подъема грузов от единиц тонн и выше при использовании преимущественно в строительстве, на шахтах и в складском деле.
Такие подъемники обычно состоят из грузонесущего органа (каретки с грузовой платформой), подвешенного на стальном тяговом канате и перемещающегося по направляющим посредством реверсивной лебедки. Для остановки грузонесущего органа в случае обрыва тягового каната он оснащается ловителями различных конструкций [Наумов В.М. Грузоподъемные машины: Учебное пособие - Иркутск: ИрГУПС, 2005, с.14].
Известен грузовой подъемник, включающий грузонесущий орган (каретку с монорельсом), установленный между направляющими, лебедку с тяговым канатом, ловители в виде двуплечих рычагов, оси качания которых закреплены на каретке, а концы одних из плеч рычагов зазубрены. Механический привод ловителей вводит зазубренные концы рычагов во взаимодействие с направляющими при обрыве грузового каната [RU 1627489 по кл. B66B 9/20 с приор, от 05.06.86].
Недостатками известного подъемника являются низкая надежность удержания грузонесущего органа при обрыве грузового каната, и сильный износ направляющих врезающимися в них концами ловителей, тем более, что износ происходит в одних и тех же местах, соответствующих уровням остановок, поскольку основное назначение его ловителей это фиксация грузовой каретки в неподвижном положении на заданном уровне подъема. Они могут задержать и падающую при обрыве тягового каната каретку, но надежность их будет в этом случае очень низка.
Известен также грузовой подъемник, содержащий грузонесущий орган, включающий два тяговых каната, грузовую каретку, установленную между направляющими, установленные на ней два ловителя, выполненные в виде двуплечих рычагов первого рода, одни из концов которых предназначен для взаимодействия с направляющей, а второй соединен с мертвым концом одного из тяговых канатов. Привод ловителей содержит пружины, стремящиеся ввести один из концов ловителей во взаимодействие с направляющими [RU 86180 по кл. B66B 5/00 с приор, от 08.05.2009].
При обрыве одного из тяговых канатов срабатывает соответствующий ловитель, что зачастую приводит к перекосу грузовой каретки и ее заклиниванию между направляющими. Если это происходит на высоте, между этажами и под нагрузкой, то восстановление работоспособности подъемника требует многих усилий и многого времени.
Практика показывает, что срабатывание ловителей, которое происходит не только при довольно редких обрывах тягового каната, но и при более частых периодических испытаниях подъемника, почти всегда приводит к более или менее существенным повреждениям направляющих, самих ловителей, перекосам и заклиниванию грузонесущего органа. Поэтому подъемники, в которых безопасность работы обеспечивается иными мерами, чем применение ловителей, имеют преимущество.
Известен грузовой подъемник ТП-14, содержащий грузонесущий орган, подвешенный на главном тяговом канате, грузовую клеть, подвешенную на четырех дополнительных канатах к выдвижной раме грузовой каретки за четыре угла, причем эти четыре каната запасованы на двух приводных двухсекционных барабанах, между которыми на общей с ними оси установлен промежуточный барабан, соединенный дополнительным канатом с талью [А.Х.Гехт. Справочник молодого машиниста строительных подъемников. - М.: «Высшая школа», 1987, с.31]. Выдвижная рама служит для горизонтального перемещения грузовой клети внутрь проема здания, а система из четырех канатов служит для опускания на пол введенной внутрь здания грузовой клети посредством тали. Подъемник оснащен эксцентриковыми ловителями.
Кинематическая сложность и использование четырех канатов в известном подъемнике не повышают его безопасность, поскольку и грузовая каретка и грузовая клеть удерживаются каждая своим единственным тяговым канатом. При обрыве главного тягового каната грузонесущий орган зависает на ловителях, которым свойственна определенная вероятность отказа, а при обрыве дополнительного каната от тали, грузовая клеть, не оснащенная ловителями, просто падает, хотя и со сравнительно небольшой высоты. Восстановление работоспособности известного подъемника, каретка которого зависла на ловителях, требует значительного времени.
Все вышеописанные подъемники наиболее надежны и чаще всего используются, при подъеме сравнительно легких грузов весом не более 10…20 кН. С увеличением веса груза надежность ловителей снижается, а частота серьезных повреждений ловителей и направляющих при обрыве тягового каната увеличивается. Это вынуждает искать иные технические решения, относящиеся к безопасности подъема грузов весом более 20 кН.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является грузовой подъемник, содержащий грузонесущий орган на полиспастной подвеске, выполненный в виде грузовой платформы, подвешенной на двух тяговых и, дополнительно, на четырех уравнительных канатах, [RU 87154 по кл. B66B 9/00 с приоритетом от 08.05.2009]. При этом тяговые канаты параллельны, разнесены на расстояние (0,12-0,6) длины платформы и закреплены мертвыми концами на верхнем уровне, а ходовыми концами на общем барабане лебедки, установленной на верхнем уровне. Полиспастная подвеска содержит четыре блока, расположенные по краям грузовой платформы так, что каждый тяговый канат, огибая платформу снизу, проходит по двум блокам. Благодаря такому количеству канатов, вероятность падения платформы даже при отсутствии ловителей чрезвычайно невелика: в случае обрыва одного из тяговых канатов остаются еще пять канатов, между которыми распределится нагрузка.
Однако обрыв любого из канатов, - а износу подвержены не только тяговые, но и уравнительные канаты, приводит к перекосу платформы, и она застревает, как правило, между этажами и, почти всегда, с грузом. Разгрузка платформы, заклинившейся в шахте или между направляющими, и ее выравнивание требуют больших затрат труда и времени. Поскольку подъемник обслуживает определенное производство, то убытки от остановки производства обычно многократно превышают затраты на ремонт подъемника.
Другими недостатками известного подъемника являются высокие эксплуатационные расходы, обусловленные сложностью его устройства и обслуживания, а также повышенным расходом энергии на перематывание четырех уравнительных тросов и трение в осях четырех блоков полиспаста практически требующим удвоения мощности лебедки.
Задачами настоящей полезной модели являются упрощение конструкции, снижение времени восстановления работоспособности подъемника при обрыве одного из тяговых канатов, снижение эксплуатационных расходов, повышение безопасности известного подъемника.
Техническими результатами настоящей полезной модели является предотвращение его заклинивания между этажами при обрыве тягового каната, снижение времени, требуемого для восстановления работоспособности подъемника.
Указанные технические результаты достигаются тем, что в известном грузовом вертикальном подъемнике, содержащем грузонесущий орган на полиспастной подвеске, два тяговых стальных каната, закрепленных ходовыми концами на общем барабане лебедки, а мертвыми - на верхнем или нижнем уровне, полиспаст содержит два соосных подвижных блока, а диаметр каждого из канатов установлен по формуле
, где
1/2
-1/2
A=(0,028-0,042) - эмпирический коэффициент с размерностью [T][L][М];
d - диаметр тягового каната, [мм], округляемый до ближайшего большего стандартного значения;
нагр
P - полная нагрузка, [Н], равная сумме грузоподъемности подъемника и веса грузонесущего органа;
k - коэффициент запаса прочности каната, измеряемый отношением разрывного усилия к его максимальной рабочей нагрузке.
Кроме того, подъемник дополнительно содержит ловители, конструкция привода которых обеспечивает их срабатывание только при обрыве обоих тяговых канатов.
Кроме того, подвижные блоки полиспаста установлены на грузонесущем органе
Кроме того, подвижные блоки полиспаста установлены на сцепленной с грузонесущим органом подвеске.
Кроме того, грузонесущий орган содержит серьгу для присоединения полиспастной подвески.
Кроме того, подъемник содержит устройства для выравнивания натяжения тяговых канатов, например, талрепы или балансир.
Кроме того, ходовые концы обоих тяговых канатов закреплены на противоположных концах барабана лебедки.
Благодаря тому, что диаметр каждого из канатов устанавливается согласно заявленному эмпирическому соотношению, при обрыве одного из канатов, оставшийся может принять на себя полную нагрузку без перегрузки и без снижения коэффициента запаса прочности. Это исключает повреждение элементов подъемника срабатыванием ловителей, позволяет продолжить работу, по крайней мере, до момента разгрузки подъемника на заданном уровне и сокращает время восстановления работоспособности подъемника до минимального времени, необходимого для замены троса.
Кроме того, снижая нагрузку на канаты, шкивы и ручьи барабана, предложенное решение уменьшает износ этих элементов, повышает их долговечность и, тем самым, безопасность, снижает эксплуатационные расходы, в частности, энергозатраты.
Благодаря соосной установке блоков, снижается величина момента, стремящегося перекосить грузонесущий орган в случае обрыва одного из тяговых канатов, то есть снижается вероятность его заклинивания и, соответственно, снижается время восстановления работоспособности подъемника.
Установка подвижных блоков полиспаста на грузонесущем органе минимизирует поднимаемый лебедкой вес, снижая тем самым эксплуатационные расходы и износ элементов подъемника.
Установка подвижных блоков полиспаста на сцепленной с грузонесущим органом подвеске позволяет удешевить подъемник и повысить его безопасность за счет применения стандартных, серийно выпускаемых полиспастных подвесок с гарантированным качеством изготовления.
Использование в грузонесущем органе серьгу для присоединения крюковой полиспастной подвески позволяет использовать стандартную, серийно выпускаемую полиспастную подвеску соответствующей грузоподъемности, имеющую гарантированное качество изготовления.
Благодаря закреплению ходовых концов обоих тяговых канатов на противоположных концах барабана лебедки оба грузовых сохраняется симметричность нагрузки обоих грузовых канатов, что снижает вероятность перекосов грузонесущего органа, повышая тем самым безопасность эксплуатации подъемника, снижает эксплуатационные расходы, удешевляет подъемник по сравнению с прототипом за счет отказа от использования уравнительной системы.
Кроме того, достигнутый за счет применения заявленного решения доказанный уровень безопасности настолько велик, что Федеральная Служба по экологическому, технологическому и атомному надзору разрешила совсем не использовать ловители в подъемнике предложенной конструкции, что существенно удешевляет подъемник.
Существо предложенной полезной модели поясняется чертежами.
На фиг.1 изображен фронтальный вид на предложенный подъемник, в котором блоки полиспаста установлены на верхней части грузонесущего органа, а мертвые концы тяговых канатов закреплены на верхнем уровне.
На фиг.2 изображен вид сбоку на узел блоков полиспаста согласно фиг.1.
На фиг.3 изображен фронтальный вид на фрагмент предложенного подъемника, в котором подвижные блоки полиспаста установлены на сцепленной с грузонесущим органом крюковой подвеске.
На фиг.4 изображен вид сбоку на узел блоков полиспаста согласно фиг.3.
На фиг.5 изображен фронтальный вид на фрагмент предложенного подъемника, в котором подвижные блоки полиспаста установлены на подвеске, сцепленной с грузонесущим органом через серьгу.
На фиг.6 изображен вид сбоку на узел блоков полиспаста согласно фиг.5.
Предложенный подъемник (фиг.1 и 2) содержит, по меньшей мере, две вертикальные направляющие 1, например, из профиля корытообразного сечения, в которых с возможностью перемещения на роликах 2 установлен грузонесущий орган, в общем случае состоящий из грузовой каретки 3 и соединенной с ней грузовой платформы 4 той или иной конструкции. В грузовых подъемниках грузовая каретка и грузовая платформа зачастую выполняются в виде единого неразъемного узла, и потому в настоящем описании далее будет использован общий термин «грузонесущий орган»
Грузонесущий орган подвешен на двух тяговых канатах 5 и 6, мертвые концы 7 и 8 которых закреплены на верхнем (фиг.1) или нижнем уровне. Ходовые концы 9 и 10 тяговых канатов 5 и 6 закреплены на противоположных торцах общего для них барабана 11 лебедки 12. Лебедка 12 может также иметь отдельные барабаны для каждого из тяговых канатов. Необходимо лишь, чтобы канаты симметрично сходились и расходились при подъеме и спуске грузонесущего органа. Это предотвращает перекос грузовой каретки.
На чертеже лебедка 12 показана установленной на верхнем уровне, но она может быть установлена и на нижнем уровне, для чего потребуется добавить на верхнем уровне пару неподвижных блоков.
Подъемник содержит полиспаст из двух подвижных блоков 13 и 14. Тяговый канат 5 запасован через блок 13, а канат 6 - через блок 14. Блоки могут быть установлены на верхней части грузонесущего органа (на чертежах - на верхней траверсе грузовой каретки 3) или на подвеске 15, сцепленной с грузонесущим органом через крюк 16 и серьгу 17 (фиг.3 и 4), либо через серьгу 18 (фиг.5 и 6).
Для выравнивания натяжения тяговых канатов их мертвые концы могут быть закреплены не непосредственно, а через натяжные устройства 19 и 20. В качестве примера таких устройств на чертежах показаны талрепы. Возможно также применение балансира.
Диаметр d [мм] каждого из тяговых канатов установлен расчетом по формуле:
, где
1/2
-1/2
A=(0,028-0,042) - эмпирический коэффициент с размерностью [T][L][М];
нагр
P - полная нагрузка, [Н], равная сумме грузоподъемности подъемника (максимального разрешенного веса поднимаемого груза) и веса грузонесущего органа;
k - коэффициент запаса прочности каната, измеряемый отношением разрывного усилия к его максимальной рабочей нагрузке.
При A<0,028 запас прочности тяговых канатов снижается настолько, что не достигается заявленный технический результат.
При A>0,042 толщина тяговых канатов становится избыточной. Это удорожает не столько сам подъемник, сколько его эксплуатацию, поскольку доля расходов энергии на перематывание избыточно толстых канатов начинает превышать 20% от общего потребления энергии лебедкой.
Коэффициент запаса k устанавливается в зависимости от конструкции подъемника, условий его работы, характера поднимаемого груза. Согласно действующим нормам, величина k не может быть менее 6.
После расчета по формуле полученное минимальное значение d округляется до ближайшего большего значения диаметра выпускаемых промышленностью стандартных канатов для грузоподъемных машин (ГОСТ 7668-80).
Работает предложенный подъемник следующим образом.
При подъеме груза нагружены оба грузовых каната 5 и 6, причем нагрузки на них выровнены с помощью натяжных устройств 19 и 20 при отладке подъемника. Благодаря распределению нагрузки на два каната и сниженному удельному давлению канатов на барабан 11 лебедки 112 и на блоки снижается износ канатов, блоков и барабана, то есть эксплуатационные расходы, повышается надежность и безопасность подъемника.
В случае оснащения подъемника ловителями конструкция их привода должна быть такой, чтобы они срабатывали при обрыве обоих тяговых канатов сразу. В случае обрыва одного из тяговых канатов вся нагрузка оказывается приложенной к оставшемуся канату, но благодаря тому, что его диаметр установлен согласно заявленному эмпирическому соотношению, усилие на канате не превысит одной шестой разрывного усилия, установленного стандартом для грузовых стальных канатов. Ловители, привод которых устроен указанным образом, в этом случае не сработают, и остановки подъемника не произойдет. Хотя эксплуатация подъемника все равно должна быть приостановлена для замены каната, по крайней мере, перед этим грузоподъемный орган с грузом может быть безопасно доставлен на заданный уровень и разгружен. Также при этом исключается повреждение направляющих и ловителей. Все это многократно сокращает время простоя подъемника.
Расположение блоков 13 и 14 на подвеске 15 имеет то преимущество, что обрыв одного из тяговых канатов не приводит к перекосу и заклиниванию в направляющих 1 грузовой каретки 3. Кроме того, промышленность выпускает большой размерный ряд крюковых полиспастных подвесок, среди которых можно всегда выбрать подходящий по нагрузочной способности и исполнению. Стандартные серийные подвески дешевле даже пары блоков штучного изготовления и потому их применение предпочтительней. Кроме того, наличие сцепки между кареткой и полиспастом облегчает обслуживание и ремонт подъемника.
В случае оснащения подъемника ловителями, конструкция их привода должна быть такой, чтобы они срабатывали при обрыве обоих тяговых канатов сразу. При обрыве одного из тяговых канатов вся нагрузка оказывается приложенной к оставшемуся канату, но благодаря тому, что его диаметр установлен согласно заявленному эмпирическому соотношению, усилие на канате не превысит одной шестой разрывного усилия, установленного стандартом для грузовых стальных канатов. Ловители, привод которых устроен заявленным образом, в этом случае не сработают, и остановки подъемника не произойдет. Иными словами, подъемник сохранит работоспособность при обрыве тягового каната. Разумеется, эксплуатация подъемника все равно должна быть приостановлена для замены каната. Но, по крайней мере, перед этим грузоподъемный орган с грузом может быть безопасно доставлен на заданный уровень и разгружен. Также при этом исключается повреждение направляющих и ловителей. Все это многократно сокращает время простоя подъемника, снижает эксплуатационные расходы.
Внеплановая остановка подъемника в ряде производств, например, в строительстве или при подаче сырья к непрерывно работающей технологической линии, приводит и к остановке обслуживаемого им производства. Вызванные этим убытки многократно превышают небольшое увеличение стоимости подъемника из-за добавления второго грузового каната и применения более дорогого каната увеличенного диаметра. Даже в складском деле убытки от однократного простоя тягача из-за того, что его кузов не разгружают пока идет ремонт заклинившегося на ловителях между этажами загруженного подъемника, оказываются намного больше, чем упомянутое его удорожание.
За несколько лет практической эксплуатации предложенного подъемника с грузоподъемностью 50 кН в условиях двухсменной работы не возникали аварийные ситуации, не произошло ни одного обрыва грузового каната. Скорее всего, это объясняется снижением нагрузки на каждый из канатов. Этот опыт позволил составить соответствующие технические условия на предложенный подъемник без ловителей вообще, провести экспертизу его промышленной безопасности в определенных условиях применения и получить разрешение на применение от Федеральной Службы по экологическому, технологическому и атомному надзору. Себестоимость изготовления этого подъемника стала ниже, чем у такого же по габаритам и грузоподъемности с одним грузовым канатом и ловителями.