Sistemul de fixare cu papuc

Sistemul de fixare cu papuc consta in utilizarea unei carcase de forma conica si a unei pene de aceeasi forma(fig). La tendinta de smulgere a cablului, datorita efectului de pana, se realizeaza o trangere puternica a cablului intre pana si carcasa.

Ca o cerinta esentiala, sistemele de fixare trebuie sa asigure o rezistenta cel putin egala cu rezistenta cablului.

Transmisii prin cablu

Transmisiile prin cablu se realizeaza cu ajutorul rolelor care pot fi fixe sau mobile.

In figura este prezentata o rola fixa peste care se infasoara cablul utiltizat pentru ridicarea unei sarcini Q.

Daca nu se tine cont de fortele de rezistenta (fig)se poate scrie:

in care F este forta de actionare pentur ridicarea sarcinii Q.

In realitate, forta F trebuie sa fie mai mare, pentru a acoperi rezistentele generateprin frecarea dintre rola si axul rolei, de catre rigiditatea la incovoiere a cablului in timpul infasurarii pe rola si de catre frecarea dintre firele constituente ale cablului.Ca urmare a acestor fenomene, pozitia cablului in timpul functionarii se abate de al pozitia ideala (fig.). Forta de actionare va fi:

in care reprezinta randamentul rolei.

Rolele mobile pot fi utilizate in doua scopuri:

pentru demultiplicarea fortei de actionare (fig.);         

pentru multipicarea vitezei sau cursei (fig.);

In cazul prezentat in figura , daca se neglijeaza frecarile, se poate scrie ca:

, in care:

- tensiunea din cablu, pe ramura moarta;

Q - sarcina utila;

- forta de actionare;

Notand cu randamentul rolei mobile, forta de actionare, in cazul in care se tine cont de frecari, este:

Se mai poate scrie:

Presupunand ca rola este fixa, se mai poate scrie:

in care este randamentul rolei.

Rezulta:

Introducand relatia , se otine randamentul scipetelui mobil:

In cazul prezentat in figura, forta de actioanare este aplicata in centrul rolei.

Daca se neglijeaza frecarile, (), forta de actionare este:

In realitate, datorita frecarilor, forta de actionare este mai mare:

in care este randamentul rolei mobile pentru multiplicarea vitezie, si:

Urmarind sensul de infasurare a cablului si cosiderand ca rola este fixa se poate scrie:

in care este randamentul rolei fixe.

Se obtine:

Din si , rezulta:

In constructia instalatiilor de ridicat se intalnesc transmisii prin cablu care utilizeaza mai multe role fixe si role mobile. In figura este reprezentata o transmisie prin cablu care realizeaza ridicarea sarcinii Q.

In cazul in care se neglijeaza frecarile :

Daca se tine cont de frecari, forta de actionare necesara trebuie sa fie mai mare:

in care este randamentul unei role.

Inlocuim in relatia:

, rezulta:

sau:

Tinand cont de ,se obtine randamentul transmisie:

Pentru transmisii prin cablu la coborarea sarcinii, (fig.)sensurile de rotatie ale rolelro se schimba.

Ca urmare, in locul relatiilor () se poate scrie:

Inlocuin in relatia:

, rezulta:

In cazul coborarii, se scrie:

Din ultimele doua relatii, rezulta randamentul total al transmisiei prin cablu in timpul coborarii:

Pentru randamentul uneirole da cablu s erecomanda valorile:

montate pe lagar de alunecare: ;

montate pe lagar de rostogolire: ;

Cu aceste valori, in tabelulsunt calculate randamentele transmisiilor prin cablu, in functie de numarul de ramuri de cabluri:

Role de cablu

Rolele de cablu au rolul de-a ghida cablul de otel si sunt realizate, in functie de dimensiuni, intr-o gama larga de solutii constructive. Rolele de cablu se pot obtine prin turnare, in fonta de otel, sau prin sudare, din tabla de otel laminat.

O solutie o poate reprezenta si realizarea rolelor din materiale plastice, obtinute prin prelucrare sau prin injectare.

In figuraeste prezentata o sectiune transversala prin rola si dimensiunile principale.

Butucul rolei se sprijina pe axul rolei, prin intermediul unei bucse sau al unor rulmenti.

De regula, intre diametrul butucului si alezajul sau, , exista realtia:

Inima rolei poate fi un disc plin, un disc prevazut cu gauri de usurare sau poate fi realizat din spite(nervura).

Obada este prevazuta cu un canal astfel realizat incat sa asigure o buna infasurare a cablului si un contact optim intre rola si cablu.

Dimensiunile profilului canalului se considera . In tabelul sunt indicate dimensiunile profilului pentru cateva diameter de cablu:

Diametrul D al rolei sse determina conform STAS7526-91 cu relatia:

in care coeficientul   depinde de grupa de functionare a mecanismului si de tipul cablului (tabelul ) iar coeficientul depinde de numarul de indoituri (tabelul ).

Cablurile antigiratorii sunt cablurile duble, construvtie concentrica, alcatuite din mai multe toroane, cablate in doua sau mai multe straturi concentrice.

Ca regula generala, numarul de schimbari ale sensului de incovoiere, w, se defineste astfel:

w= 1, pentru tamburi;

w= 2, pentru rola de cablu, cablul incovoindu-se in acelasi sens;

w= 4, pentru rola de cablu, cablul incovoindu-se in sens opus;

w= 0, pentru role d eegalizare.

Se considera ca incovoierea are loc daca (fig.)

In figurasunt prezentate cateva exemple pentru care sunt precizate valorile lui w.

Tambururi pentru cablu

1. Geometria tamburilor

Tamburii sunt organe pe care se infasoara cablurile utilizate la ridicarea sarcinilor.

Forma tamburilor poate fi cilindrica, conica sau hiperboloida.

Tamburii pot fi obtinuti prin turnare, din fonta sau otel, si, in cazul sarcinilor mari, pot fi obtinuti prin sudare, din tabla de otel.

Pentru masini de ridicat de mica importanta, suprafata activa a tamburului este neteda.

In acest caz, intre spirele de cablu se realizeaza un contract care conduce la cresterea gardului de uzura a cablului.

In general, insa, pe suprafata activa a tamburului, se prelucreaza un canal elicoidal caer dirijeaza modul de infasurare a cablului si nu permite realizarea contactului intre spire.

Raza canelurii este aproximativ , mai mare cu decat raza sectiunii canalului.Acesta conduce la realizarea unei presiuni de contact minime intre cablu si tambur si la evitarea efectului de impanare.

Pasul elicoidal este iar adancimea canalului este .

Dimensiunile principale ale tamburului sunt diametrul suprafetei active, , si lungimea zonei active, 0 (fig ).

Diametrul suprafetei active se determina cu relatia, utlizand tabelelesi.

Lungimea activa este data de relatia:

in care:

- numarul de spire active

k=1 - pentru tamburi simpli;

k=2 - pentru tamburi dublii;

- lungimea de infasurare a cablului;

s - pasul elicoidei;

- numarul de spire infasurate pemanent.

In general, numarul de spire infasurate permanent este de minim 1 - 2 , necesare pentru prinderea cablului pe tambur la care se adopta un numar de minim 2 spire de siguranta.

Numarul total de spire va fi:

In cazul tamburilor dubli(fig ), cele doua cabluri prinse pe tambur, se infasoara simetric, cu sensul de infasurare spre mijlicul tamburului.

La calculul lingimii, se utilizeaza relatia ( ), la care se adopta lungimea portiunii mediane necanelate, a.

2. Solicitarea tamburilor

Tamburii de cablu sunt solicitati la rasucire, la incovoiere si la presiune exterioara.

Avand in vedere lungimea relativ mica a tamburilor, solicitarea la incovoire este neglijabila in raport cu solicitarea la presiune externa, acelasi lucru putand fi afirmat si despre solicitarea de rasucire.

Datorita infasurarii pe tambur a cablului tensionat sub actiunea sarcinii exterioare, se poate aproxima tamburul ca fiind un tub cu pereti grosi, solicitata prin presiune exterioara, p.Pentru determinarea valorii presiunii, se considera o portiune de tambur, izolata prin sectionarea cu doua plane paralele, normale pe axa tamburului, distanta dintre cele doua plane fiind egala cu pasul elicoidei (fig. ).Pe acest element se infasoara o portiune de cablu cu lungimea unei spire, tensiunea din cablu fiind F.

Izoland o jumatate de inel, din executia de echilibru static a fortelor pe directie verticala, rezulta:

din care:

Cunascand presiunea p, se pot scrie relatiile care exprima tensiunile si care se dezvolta inrt-un punct din peretele tamburului solicitat la presiune exterioara, relatii stabilite la calculul tamburilor cu pereti grosi:

Intr-un punct de pe suprafata interioara a peretelui tamburului, respactiv pe suprafata exterioara:

Tensiunea maxima se inregistreaza la suprafata interiara a peretelui.Aplicand teoria tensiunii tangentiale maxime, rezulta:

din care:

Notand cu grosimea peretelui tamburului si, notand:

Se poate scrie:

Din relatia rezulta grosimea a peretelui tamburului.

3. Actionarea tamburilor si prinderea cablului la tambur

Tamburii pot fi actioanati in doua moduri:

prin arbore, tamburul fiind fixat pe acesta (fig.);

prin angrenare, tamburul find liber pe arbore (fig.);

In cazul actionarii in mod direct prin arbore, tamburul este rezemat pe lagar cu rulmenti, si este asamblat la arbore prin pana longitudinala.

La actionarea prin angrenare, pe tambur(3) se monteaza o rola dintata (2) prin intermediul careia se transmite miscarea de rotatie de la motor la tambur.tamburul se poate roti fata de arbore (1) prin intermediul a doua bucse (4) din bronz.

Prinderea cablului la tambur se poate realiza in mai multe moduri:

- prindere cu pene si suruburi

- prindere cu bride

- prindere cu pana

Dispozitive de blocare si de franare

Dispozitivele de franare permit mentinerea sarcinii ridicate la o anumita inaltime sau la

reglarea vitezei de coborare a acesteia iar dispozitivele de blocare asigura mentinerea

sarcinii ridicate, impiedecand rotirea mecanismului in sensul invers deplasarii.

Rolul principal al franelor este de a prelua energia cinetica a elementelor aflate in

miscare dupa oprirea motorului de actionare, disipand-o sub forma de caldura prin

frecare.

Franele se monteaza pe organe aflate in miscare de rotatie asupra carora aplica un moment de frecare necesar pentru reducerea vitezei de rotatie pana la un nivel dorit sau pentru anularea acesteia

Frana cu saboti

Franele cu saboti se monteaza, de regula, dupa modul de actionare, pe arborele mecanismului. in figura 3.20 este prezentata schema de principiu a franei cu doi saboti.

1 - roata de frana; 2, 3 - sabotii; 4, 5 - parghii pentru sabot; 6,1 - articulatii fixe; 8 - piesa triunghiulara: 9-tirant; 10 - tija; 11 - parghie orizontala; 12 - contragreutate; 13 -electromagnet; 14. 15 - suruburi de reglare.

Roata de frana 1 este montata pe arborele mecanismului si este realizata din otel, prin turnare sau prin forjare.

Sabotii 2, 3 se executa din fonta si sunt prevazuti pe suprafata de lucru cu o captuseala de ferodou pentru a mari coeficientul de frecare cu roata 1. Captuseala de ferodou se fixeaza pe sabot prin nituri sau suruburi cu cap inecat realizate din cupru sau aluminiu.

Sabotii sunt fixati pe parghiile port sabot 4 si 5. Acestea sunt fixate la un capat in articulatiile fixe 6 si 7 iar la celalalt capat sunt articulate la piesa triunghiulara 8. parghia 4 fiind articulata la aceasta prin intermediul uraniului 9.

Tija verticala 10 este articulata la cele doua capete la tija orizontala 11 si la piesa triunghiulara 8.

Asupra tijei orizontale 11 actioneaza forta electromagnetica produsa de electromagnetul 13 si forta de greutate a contragreutatii 12.

Cand instalatia de ridicat lucreaza, aceasta este cuplata la tensiune si electromagnetul genereaza o forta electromagnetica F_e care echilibreaza efectul greutatii G a contragreutatii. in acest timp, tija verticala nu este solicitata astfel ca forta de apasare pe saboti este nula, neproducandu-se franarea. Daca instalatia este oprita, decuplata de la sursa de tensiune, electromagnetul nu functioneaza si forta electromagnetica este nula, F_e= 0. in acest caz, greutatea G a contragreutatii tensioneaza tija verticala 10 si, prin lantul de tije articulate, se realizeaza apasarea sabotilor pe roata de frana 1, producandu-se franarea arborelui.

Pentru proiectarea franelor cu saboti este necesara determinarea fortei electromagnetice F_e si a greutatii G. Schema de calcul pentru aceste marimi este prezentata in figura.

Daca F_t 0 (instalatia este deconectata de la tensiune), sub actiunea greutatii G elementele mobile ale franei se rotesc in sensurile indicate pe figura. Sabotii actioneaza asupra rotii de frana cu forta normala N, intre saboti si roata dezvoltandu-se forta de frecare Din ecuatia de momente in raport cu articulatia A, scrisa pentru tija portsabot AD, rezulta:

sau:

in care T₁ este tensiunea din tija DE.

Din ecuatia de momente, scrisa in punctul O, pentru piesa triunghiulara, rezulta:

sau:

in care T₁ este tensiunea din tija DE

Din ecuatia de momente pentru tija orizontala BA, scrisa in raport cu articulatia B, rezulta:

sau:

Cuplul de franare la arborele pe care este montata roata de franare este montata roata de franare este:

in care:

- coeficientul de frecare intre sabot si roata de frana ;

D - diametrul rotii de frana.

Inlocuid inse otine expresia pentru calculul greutatii G

Da ca ( instalatia este in functionare), forta echilibreaza greutatea G si tensiunea . Din ecuatia de momente pentru tija BH, scrisa in raport cu articulatia B, rezulta:

din care rezulta valoarea fortei electromagnetului,

Frana cu banda

Frana cu banda se foloseste, in general, pentru controlul vitezei la coborarea sarcinii. In figuraeste prezentata schema de principiu a franei cu banda.

Roata de franare este montata pe arborele mecanismului.Banda este realizata din otel captusita cu ferodou, lemn, piele, fibra, s.a..

Funtionarea franei se realizeaza in acelasi mod ca la frana cu saboti.

Intre tensiunea (T) din ramura infasurata a benzii si tensiunea (t) din ramura desfasurata a benzii, se poate scrie relatia cunoscuta:

in care:

- unghiul de infasurare a benzii pe roata;

- coeficientul de frecare dintre banda si roata.

momentul de franare necesar la axul arborelui este:

Rezulta:

Daca F_e=0, se poate scrie:

sau:

Daca (caz in care t =0):

sau:

Frana axiala cu discuri

La franarea axiala cu discuri, forta de franare este generata prin frecarea dintre doua suprafete plane sau doua suprafete tronconice.

Schema de principiu a franei cu discuri plane este prezentata in figura

Frana cu discuri este inglobata in constructia motoarelor electrice care actioneaza instalatiile de ridicat.

Discul mobil 3 este montat, prin intermediul unei pene, pe axul 5 al motorului electric. Pe acest disc sunt prevazute elementele de frictiune 4, realizate prin sinterizare. Discurile fixe 2 si 8 sunt montate pe carcasa motorului (1), discul 8 avand si posibilitatea de deplasare axiala.

in carcasa motorului sunt montate, de asemenea, arcurile de compresiune 6 si electromagnetii 7.

La functionarea instalatiei de ridicat, deci a motorului, electromagnetii 7 sunt pusi sub tensiune, forta electromagnetica generata echilibrand forta arcurilor elicoidale 6, astfel ca forta de franare este nula.

La oprirea motorului, forta electromagnetica este nula si arcurile elicoidale actioneaza asupra discului mobil 8 care, deplasandu-se axial, preseaza asupra elementelor de frictiune 4 montate in discul mobil 3.

Calculul franei cu discuri consta in a determina forta necesara pentru franare, P. Notand cu p, presiunea de contact care se dezvolta intre cele doua discuri (fig. ), se poate calcula forta axiala P necesara pentru franare:

sau:

sau:

Presiunea de contact este:

in care p_a este presiunea admisibila de contact.

Momentul de franare este:

sau:

Rezulta:

In final:

Inlocuind in , se obtine:

  

din care:

Daca frana este prevazuta cu (z +1) discuri, deci cu z suprafete de contact, se poate scrie:

in mod similar, pentru frana cu suprafete tronconice, figura 3.25, se obtine:

presiune de contact:

momentul de franare:

forta axiala de franare:

Dispozitive de blocare (opritoare)

Dispozitivele de blocare sunt folosite Ia mecanismele de ridicat, pentru a asigura mentinerea sarcinii ridicate, impiedicand rotirea mecanismului in sensul coborarii. Opritorul cu clichet (fig. ) se compune dintr-o roata speciala 1, cu dantura pentru clichet, fixata prin pana pe arborele 4 al mecanismului si un clichet 2, fixat pe carcasa mecanismului printr-un bolt 3. Cand roata se roteste in sensul ridicarii sarcinii, clichetul aluneca liber peste dantura rotii si, in cazul tendintei de rotire in sensul coborarii sarcinii, impiedica rotirea.

Datorita faptului ca blocarea rotii se face brusc, in mecanism se dezvolta sarcini dinamice mari. Pentru a elimina acest fenomen, se pot folosi opritoare cu frictiune (fig. ). Roata 1 este montata pe arborele 2 al mecanismului iar excentricul 3 montat pe carcasa mecanismului. La ridicarea sarcinii, excentricul aluneca liber peste roata dar, la tendinta de coborare a sarcinii, intre roata si excentric se dezvolta forta de frecare necesara pentru impiedicarea coborarii sarcinii.

Organe si dispozitive pentru suspendarea sarcinilor si dispozitivelor intermediare de prindere

Pentru suspendarea sarcinilor, se utilizeaza carligele sau ochetii care se prind de mufla instalatiei de ridicat.

Carlige

Carligele pot fi executate aprin forjare sau din lamele. Carligele pot fi simple sau duble si sunt folosite pentru sarcini mici, medii si mari iar carligele lamelare sunt folosite pentru sarnici foarte mari(fig ).

Carligele sunt organe standardizate, alegere lor realizandu-se pe baza valorii sarcinii de ridicat si a conditiilor de exploatare. Pentru proiectarea carligelor, se efectueaza calcule de dimensionare si de verificare necesare.

a)     Calculul carligului simplu (fig.)

dimensionarea carligului se face pentru sectiunea cu diametrul minim, , la solicitatrea la tractiune:

din care:

in care:

G - greutatea sarcinii ridicate;

- rezistenta admisibila la tractiune.

Pe baza unor relatii empirice, se stabilesc celelalte dimensiuni:

dimensiunile portilor cilindrice:

;

dimensiunile zonei curbate:

dimensiunile sectiunii A-A:

verificarea se realizeaza pentru sectiunea periculoasa A-A, in care se dezvolta o solicitare compusa de intindere - incovoiere cu forta axiala N=G si momentul incovoietor . Tensiunea maxima conform teoriei barelor curbe, este:

In aceasta relatie este excentricitatea sectiunii trapezoidale A - A , adica deplasarea axei neutre a sectiunii in raport cu axa care trece prin centrul de greutate a acesteia (fig.).

Se poate scrie:

Raza R a centrului de greutate al sectiunii are expresia:

iar raza axei neutre pentru sectiunea trapezoidala este:

in care si sunt cele doua laturi ale sectiunii trapezoidale.

Celelalte marimi din relatia () sunt:

;

;

- rezistenta admisibila.

Verificarea filetului se face dupa regulile de calcul cunoscute, solicitarea filetului producandu-se sub actiunea forte G.

b)     Calculul carligelor duble

Sectiunea periculoasa este sectiunea A - A (fig.) care trece prin punctele O si inclinata cu unghiul fata de verticala.

Ramura cablului care leaga sarcina de ridicat la carlig face unghiul cu verticala, tensiunea din cablu fiind . Daca pe oramura a carligului actioneaza jumatate din greutatea sarcinii ridicate, , tensu=iunea din cablu va fi:

Componenta normala la sectiunea A - A va fi:

Cu acestea, pentru sectiunea periculoasa, forta axiala este N=F si momentul incovoietor este . Cunoscand eforturile, calculele se pot countinua in acelasi mod ca la carligele simple.

Ochetii

Ochetii sunt utilizati ca organe pentru sustinerea sarcinilor mari si foarte mari. Din punct de vedere constructiv, ochetii pot fi rigizi (fig.) realizati prin forjare sau articulati (fig ) realizati din bare si bolturi.