Подъемно-транспортные машины

Домкраты

 

Домкраты служат для подъема грузов на небольшую высоту для передвижения и выверки конструкций и оборудования при установке. Различают винтовые, реечные и гидравлические домкраты.

Винтовые домкраты (рис.2.1) изготовляют грузоподъемностью до 50 т с высотой подъема до 0,4 м. Винтовой домкрат имеет литой или сварной корпус 1, в верхней части которого закреплены бронзовая, реже чугунная гайка 6, стальной винт 2 с трапецеидальной или прямоугольной однозаходной резьбой и оголовок 3, свободно сидящий на винте; упираясь при работе в перемещаемый груз, оголовок при вращении винта остается неподвижным. Вращают винт рукояткой 5 с трещоткой 4. В рукоятке на оси 9 установлена двусторонняя собачка 10, приводящая во вращение храповое колесе 11, закрепленное на грузовом винте. Положение собачки, служащей для реверсирования винта, фиксируется стопором 8 и пружиной 7.

 

 

Рис. 2.1. Винтовой домкрат

 

Пример 2.1. Определить основные параметры винтового домкрата, характеризуемого следующими данными: усилие на рукоятке Р_р = 150 Н, длина рукоятки L_p = 600 м, = 4⁰, средний диаметр резьбы винта d = 40 мм, высота подъема Н = 250 мм, среднее время одного двойного хода рукоятки с трещоткой t_o = 2 с, ход рукоятки а = 400 мм.

Решение. При коэффициенте трения между винтом и гайкой f = 0,08, угол трения р = 4°30'. Вес поднимаемого груза без учета трения в опорной головке

Q

 

Шаг винта

Число оборотов винта для подъема груза на заданную высоту

Число ходов рукоятки с трещоткой для осуществления одного оборота винта

 

Время подъема груза при непрерывной работе

Принимаем значения диаметров винта с прямоугольной резьбой (прямоугольные резьбы не стандартизированы) d_н = 45 мм, d_в.н = 35 мм.

Приведенное напряжение при проверке винта на совместное действие сжатия и кручения

.

Для стали 35 и Ст5 [ _и] = 50–70 МПа.

Q = 30 ^. 10³Н.

Проверка максимальной длины винта расчетом на продольный изгиб. Принимаем длину винта с учетом высоты опорной головки = 300 мм; расчетная длина винта

Радиус инерции круглого сечения винта

Гибкость стержня

Коэффициент снижения допускаемого напряжения при продольном изгибе 0,74 (табл. 2.1).

Площадь ослабленного сечения винта

Допускаемое напряжение на сжатие для стали 35 и Ст5 при d< 30 мм =40–60 МПа.

Таблица 2.1

Значения коэффициентов

 

Гибкость А.	Ст1,Ст2, СтЗ, Ст4	Ст5	Чугун	Дерево
	0,99	0,97	0,97	0,99
	0,96	0,95	0,91	0,97
	0,94	0,91	0,81	0,93
	0,92	0,87	0,69	0,87
	0,89	0,83	0,57	0,8
	0,86	0,79	0,44	0,71
	0,81	0,72	0,34	0,61
	0,75	0,65	0,26	0,48
	0,69	0,55	0,2	0,38
	0,6	0,43	0,16	0,31
	0,52	0,35	-	0,26
	0,45	0,3	-	0,22
	0,4	0,26	-	0,18
	0,36	0,23	-	0,16
	0,32	0,21	-	0,14
	0,29	0,19	-	0,12
	0,26	0,17	-	0,11
	0,23	0,15	-	0,1
	0,21	0,14	-	0,09
	0,19	0,13	-	0,08

Напряжение, возникающее в теле винта,

Определение наружного диаметра гайки из расчета на растяжение. Допускаемое напряжение на растяжение: для бронзы [σ_р] = 40–50 МПа; для чугуна [σ_р]= 25 – 30 МПа, [σ_р] = 44 МПа – для бронзы АЖ-9-4.

Определение числа витков резьбы гайки из расчета на удельное давление. Допускаемые удельные давления: для стали по чугуну q = 50–60 МПа; для стали по антифрикционному чугуну q = 10–13 МПа; для стали по бронзе q = 7–13 МПа.

 

Число витков резьбы

Определение числа витков резьбы гайки из расчета на изгиб. Допускаемые напряжения на изгиб для бронзы [σ_и] = 48 МПа, для чугуна [σ_и] = 32 МПа.

Толщина профиля резьбы

Число витков резьбы гайки принимается наибольшим, но не более 10 витков, в противном случае следует увеличить диаметр винта и произвести перерасчет. Принятое число витков резьбы гайки проверяют расчетом на срез резьбы. Принимаем z = 6.

Размеры опорной поверхности домкрата определяют из условиях смятия сосновых досок, применяемых в качестве подкладок под домкрат. Допускаемое напряжение на смятие сосны (ели)|σ_см] = 2–2,5 МПа.

Принимаем D_вн > D, D – наружный диаметр гайки, D = 54 мм; D_bh = 70 мм – внутренний диаметр опорной поверхности. Определение наружного диаметра опорной поверхности домкрата

 

Принимаем D_н= 120 мм.

Дальнейшим расчетом могут быть определены размеры заплечика гайки, толщина корпуса и уточнены размеры элементов приводного устройства: рукоятки, собачки, храповика и др.

Реечные домкраты (рис. 2.2) обычно имеют грузоподъемность до 6 т, а высоту подъема груза до 600 мм.

 

Рис. 2.2. Реечный домкрат

а – общий вид; б – безопасная рукоятка

 

В корпусе 11 по направляющим 3 перемещается рейка 10, в верхней части которой находится грузовой оголовок 1. Нижняя часть рейки, изогнутая под прямым углом, образует «лапу» 4, которая может быть использована для подъема низко расположенного груза. Перемещение рейки осуществляется шестерней 2, находящейся в постоянном зацеплении с рейкой. Шестерня 2 (звездочка), имеющая четыре-шесть зубьев, приводится во вращение рукояткой 5 и зубчатыми колесами 8 и 9. Для удержания поднятого груза на валу рукоятки установлен храповик 6 с собачкой 7.

Реечные домкраты снабжены безопасными рукоятками с автоматически действующими грузоупорными тормозами. На приводном валу 14 шпонкой закреплена втулка 15 с нарезкой, на которую навинчивается рукоятка 16. Между рукояткой и втулкой, на уступе последней, свободно насажено храповое колесо 12, вращению которого при опускании рейки препятствует собачка 13. При вращении рукоятка навинчивается на втулку и прижимает храповое колесо к заплечику (уступу) втулки, передавая крутящий момент на вал 14.

При подъеме рейки с грузом собачка свободно проскальзывает по зубьям храпового колеса, а при прекращении подъема упирается в зуб храповика. Для опускания рейки с грузом необходимо вращать рукоятку в обратную сторону. При этом рукоятка сместится по резьбе вправо, а между втулкой и храповым колесом образуется зазор и втулка 15 вместе с валом под действием крутящего момента от веса груза начинает вращаться. Как только скорость вращения вала 14 превысит скорость вращения рукоятки, последняя снова станет навинчиваться на втулку 15 и зажмет храповик. Поэтому для опускания рейки с грузом необходимо равномерно вращать рукоятку в сторону опускания груза.

Передаточное число зубчатой передачи

Момент на валу с шестерней, находящейся в зацеплении с зубчатой рейкой (рис. 2.3).

где Q – вес поднимаемого груза;

d₅ – диаметр делительной окружности шестерни, находящейся в зацеплении с зубчатой рейкой, d₅ = m₃z₅;

– КПД зубчатой передачи ( = 0,8 – 0,82).

Момент на приводном валу

.

Усилие на приводной рукоятке

где – длина приводной рукоятки ( =200–250 мм).

При длительной работе Р_р = 120–150 Н, при кратковременной работе Р_р = 200 – 250 Н.

 

Рис. 2.3. Схемы к расчету реечного домкрата:

а – зубчатая передача; б – зубчатая рейка

 

Скорость перемещения рейки

где n – частота вращения рукоятки (n = 20–30 мин^-1).

Поперечные размеры зубчатой рейки определяются расчетом на сжатие и изгиб.

Напряжение

где b – ширина рейки;

h – толщина рейки;

М_и – максимальный результирующий момент.

Элементы зубчатой передачи рассчитываются по общим расчетным формулам, причем при расчете зубчатых колес и рейки допускаемое напряжение на изгиб [σ_и] = 20–25 МПа для цементированных и закаленных шестерен, изготовленных из стали марок Ст5, 45.

 

Гидравлические домкраты применяют на монтажных работах обычно в промышленном строительстве. Грузоподъемность их достигает 750 т, а высота подъема груза – 0,4 м. При необходимости гидравлические домкраты могут быть объединены в батареи с общей грузоподъемностью в несколько тысяч тонн (монтаж пролетов мостов, доменных печей и т.п.).

На рис. 2.4 показана схема работы гидравлического домкрата. С помощью поршня 5 плунжерного насоса 4 жидкость из насосного отделения 7 перекачивается через клапанные устройства 8 и 9 в цилиндр домкрата 1 и давит на поршень 2, несущий груз. Перемещение поршня плунжерного насоса осуществляется рукояткой 6. Скорость опускания груза зависит от степени открывания отверстия 3, через которое вытекает жидкость из цилиндра.

Насосное отделение домкрата может быть выполнено в одном блоке с цилиндром или отдельно, тогда жидкость подается в цилиндр домкрата по трубопроводу. Для обслуживания батареи домкратов насосы оборудуют приводом, обеспечивающим одинаковое давление во всех домкратах.

Давление рабочей жидкости, создаваемое насосом,

Давление под подъемным поршнем

где Р – усилие на плунжере насоса;

Q – вес поднимаемого груза.

 

Рис. 2.4. Гидравлический домкрат

 

Усилие на приводной рукоятке с учетом потерь на трение

,

где =0,7–0,8;

– длина рукоятки 500–800 мм;

– длина плеча рычага, передающего усилие на поршень;

= /(15 –20).

Время подъема груза на высоту Н составляет

,

где – скорость подъема груза,

где – ход поршня;

n – число двойных ходов за 1 мин (n = 25–30);

k – коэффициент утечки жидкости через уплотнения (k=0.9–0.95).

Наружный диаметр чугунного цилиндра домкрата

,

 

( = 45 – 60 МПа).

Пример 2.2. Определить основные параметры гидравлического домкрата грузоподъемностью 20 т. Высота подъема груза 160 мм. Диаметр поршня насоса 28 мм. Усилие на приводной рукоятке 250 Н, длина рукоятки 700 мм.

Решение. Усилие на плунжере насоса при

.

Давление, создаваемое насосом,

.

Давление под подъемным поршнем

Диаметр подъемного поршня

Принимая размах приводной рукоятки а = 400 мм, получим ход поршня насоса

Наружный диаметр цилиндра домкрата

 

Принимаем D_H = 240 мм. Скорость подъема груза

Время подъема груза на высоту Н = 160 мм