БАРАБАН ГРУЗОПОДЪЕМНОГО УСТРОЙСТВА

Полезная модель относится к области подъемно-транспортного машиностроения и может быть использована в подъемных (тяговых) механизмах с канатными барабанами, в частности в судовых грузоподъемных устройствах, палубных лебедках различного назначения.
Наибольшее распространение в судовых грузоподъемных устройствах получили барабаны, имеющие однослойную навивку грузового каната. Цилиндрическая рабочая поверхность у таких барабанов снабжена винтовой канавкой, геометрические размеры, профиль которой взаимоувязаны с размерами используемого каната, что является основной предпосылкой для увеличения срока службы каната. При этом для высокоскоростных грузоподъемных устройств или для устройств, при работе которых возможны рывки и ослабление каната, барабаны выполняют с глубокой канавкой, в остальных устройствах применяют канавки нормального сечения, профили которых в зависимости от диаметра каната задаются таблично (см. Техническая информация Компании «Северосталь-метиз». Стальные канаты, стр. 123) или в процентном отношении (см., например, «Справочник по кранам» под редакцией Гохберга М.М., т. 2, «Машиностроение» Ленинград, 1988 г.)
На срок службы каната оказывает влияние и качество укладки его на поверхности барабана, в свою очередь зависящее от расположения канавки и ее профиля. При отсутствии единых требований к профилю канавок поверхности барабанов в судовых грузоподъемных устройствах снабжаются винтовой канавкой с радиусом поперечного сечения по дну, превышающим на 10% радиус каната, а длина дуги по радиусу дна соответствует сектору с углом не менее 120°, полученная при этом глубина канавки обеспечивает в соответствии с требованиями правил Морского регистра (Правила по грузоподъемным устройствам морских судов. Российский морской регистр судоходства. 2011 г.) необходимый зазор между двумя соседними витками и исключает касание набегающей на барабан ветви каната ранее уложенного витка.
К недостаткам барабанов с однослойной навивкой следует отнести неравномерную их жесткость по длине (жесткость у реборд выше, чем в средней части), что приводит в процессе навивки каната к постепенному уменьшению общей площади рабочей поверхности за счет нарастания объемной деформации под усилием набегающего витка каната в средней части барабана и, как результат, ослабление ранее навитых витков и ухудшение качества укладки каната на барабане (авторское свидетельство SU №796186, (51) B66D 1/30, (45) 15.01.1981 «Барабан грузоподъемной машины»).
По мере развития современных грузоподъемных устройств, увеличения несущей способности и длины используемых канатов появилась необходимость в лебедках с барабанами повышенной канатоемкости и перехода к многослойной навивке. Рабочая поверхность таких барабанов выполнена, как правило, гладкой с обязательным ограничением по торцам ребордами, а для обеспечения требуемого качества многослойной навивки используются прижимные устройства или специальные канатоукладчики. (см. Вайсон А.А. Подъемно-транспортные машины, изд. 3, М. «Машиностроение», 1974 г.). Барабаны с многослойной навивкой выявили ряд недостатков, основным из которых является увеличение площади нежелательного соприкосновения набегающей ветви каната при навивке за счет его касания о канат, уже уложенный в слой, что приводит к увеличению площади трущихся участков и интенсивному износу каната. Также происходит заклинивание каната между ребордой и соседним слоем в процессе перехода его на высший слой навивки, что приводит к дополнительным деформациям каната и нарушению качества укладки каната в следующем слое.
Повышение долговечности каната за счет снижения истирающей и защемляющей нагрузок на него явилось основной задачей изменения конструкции лебедок грузоподъемных устройств.
Известно устройство для многослойной навивки (патент RU №2205148, (51) B66D 1/30), (45) 27.05.2003 «Способ многослойной навивки каната на барабан и устройство для его осуществления»), в котором для снижения деформаций каната при переходе на вышележащий слой использовались подъемные вкладыши клиновидной формы, ступенчато закрепляемые на вертикальных стенках реборд, что позволяло обеспечить плавный переход каната из слоя в слой и равномерность его укладки в слоях. Недостатком рассматриваемого аналога является уменьшение канатоемкости барабана за счет использования подъемных вкладышей на каждом слое навивки и необходимости их ступенчатого крепления на стенках реборд.
к
к
к
Известно устройство для многослойной навивки (авторское свидетельство SU №1194828, (51) B66D 1/30, (45) 30.11.1985 «Барабан для многослойной навивки каната»), в котором каждая реборда барабана выполнена с дополнительными коническими участками под углом 45° к вертикали в конце каждого ряда уложенного каната, при этом высота усеченного конуса радиального сечения каждого переходного участка равна 1,58 R, а расстояние между переходными участками в радиальных направлениях равно 2,42 R, где R - радиус навиваемого на барабан каната.
Указанные соотношения в аналоге создают угол ≈12° между векторами продольного перемещения и внешней силы, возникающей при намотке и обеспечивающей перемещение каната вдоль барабана, при этом, однако, возрастают дополнительные динамические воздействия на канат на переходном коническом участке барабана.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому техническому решению по совокупности признаков, принятым за прототип, является патент на изобретение RU №2203849, (51) B66D 1/30, (45) 10.05.2003 «Барабан для многослойной навивки каната». Согласно прототипа внутренняя стенка каждой из реборд барабана снабжена ступенчатым переходником ряда, коническая часть которого плавно увеличивает перегиб каната в процессе навивки и заставляет его отходить от реборды, позволяя тем самым уменьшить защемляющие и истирающие нагрузки на канат в процессе «перекатывания» его на второй слой укладки.
Недостатком прототипа является то, что уменьшение защемляющих и истирающих нагрузок на канат происходит вблизи реборды на коротком участке, длина которого ограничена линейными размерами переходника ряда и составляет примерно 1,5 диаметра каната, при этом зона снижения нежелательных нагрузок располагается у реборд, где жесткость рабочей поверхности барабана наибольшая, а влияние ее деформации, на износостойкость каната и качество его укладки в слой наименьшая по сравнению с влиянием деформации в средней части барабана.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение безопасности и надежности работы подъемного устройства с многослойной навивкой каната на барабан с уменьшением динамических воздействий на канат на переходных участках реборд, а технический результат - снижение деформаций прядей каната в зонах перехода с одного слоя на другой, качественная укладка витков в слоях и увеличение тем самым срока службы грузового каната, а также снижение износа рабочих поверхностей барабана.
Технический результат заявляемой полезной модели достигается тем, что барабан грузоподъемного устройства содержит обечайку с гладкой цилиндрической частью для многослойной навивки, ограниченной по концам ребордами, внутренняя стенка каждой из которых снабжена переходником ряда, при этом каждый переходник ряда выполнен коническим по всей длине и снабжен винтовой канавкой для размещения в ней пяти витков каната, при этом глубина канавки выполнена постепенно уменьшающейся от стенки реборды к гладкой части барабана, причем число витков, укладываемых на коническом переходнике ряда, определено расчетным методом по условию минимальных дополнительных динамических воздействий на канат на этом участке путем уменьшения угла между векторами скорости перемещения каната вдоль барабана и внешней силы, обеспечивающей это перемещение с учетом профиля канавки, исходные размеры которой приведены в монографии А.А. Вайсона, указанной выше.
Заявляемое устройство поясняется чертежом, где показан принцип навивки каната на рабочую часть барабана, содержащего гладкую цилиндрическую среднюю часть и конические переходники ряда с винтовой канавкой у реборд.
Заявляемое устройство включает в себя: барабан 1 для многослойной навивки каната; реборду 2; переходник ряда 3; винтовую канавку 4; канат 5; глубину 6 канавки 4.
Заявляемое устройство работает следующим образом: в процессе навивки канат 5 на гладкой цилиндрической части барабана 1 укладывается без зазоров между уложенными витками, обеспечивая тем самым условия качественности укладки, при этом истирающая нагрузка на канат увеличена за счет его взаимодействия с цилиндрической поверхностью барабана и уложенным ранее витком. При заходе каната 5 на переходник ряда 3 его витки укладываются в винтовую канавку 4, начинают раздвигаться и перестают касаться набегающего витка каната 5. Одновременно уменьшается удельное давление на канат за счет увеличения зон соприкосновения витков о стенки канавки, при этом истирающая нагрузка на канат снижается, а его износостойкость увеличивается, к тому же клиновидный зазор между последним витком и стенкой реборды создает условия сползания в него набегающего витка каната 5 в процессе перехода его на второй слой навивки, обеспечивая плавность перехода к началу витка второго слоя навивки.
При выходе навивки второго слоя каната в зону цилиндрической поверхности барабана процесс навивки будет аналогичен процессу многослойной навивки каната на цилиндрическом барабане.
Заявляемое техническое решение позволяет повысить безопасность и надежность барабана грузоподъемного устройства, содержащего обечайку с гладкой цилиндрической частью, ограниченной по концам ребордами, за счет наличия переходника ряда, закрепленного на внутренней стенке каждой из реборд, выполненного коническим по всей длине и снабженного винтовой канавкой для размещения в ней пяти витков каната, а для обеспечения плавного перехода набегающего каната из слоя в слой и равномерности его укладки в слоях глубина канавки выполнена постепенно уменьшающейся от реборды к цилиндрической части барабана.
В связи с тем, что проблемы увеличения срока службы грузового каната и снижения износа барабана являются определяющими факторами при расчете амортизационных затрат любого грузоподъемного устройства, то заявляемое техническое решение по изложенной проблеме является актуальным и создающим технико-экономический эффект.