Статья:

Подъемное оборудование и его модернизация

Конференция: XLI Студенческая международная заочная научно-практическая конференция «Молодежный научный форум: технические и математические науки»

Секция: Технические науки

Выходные данные
Косухина М.С. Подъемное оборудование и его модернизация // Молодежный научный форум: Технические и математические науки: электр. сб. ст. по мат. XLI междунар. студ. науч.-практ. конф. № 1(41). URL: https://nauchforum.ru/archive/MNF_tech/1(41).pdf (дата обращения: 17.11.2018)
Лауреаты определены. Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Мне нравится
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
на печатьскачать .pdfподелиться

Подъемное оборудование и его модернизация

Косухина Мария Сергеевна
студент, Югорский государственный университет, РФ, г. Ханты-Мансийск
Архипова Ольга Владимировна
научный руководитель, доц., Югорский государственный университет, РФ, г. Ханты-Мансийск

 

Подъемное оборудование и её история возникла еще в древности. Устройство первого грузоподъемника состояло из рычагов, наклонных плоскостей и катков (рисунок 1). Древнегреческий подъемник имело название «журавль» (рисунок 2) с немецкого языка «краних», в нашей стране его называли – «кран». Использовался «журавль» в V веке до нашей эры.

 

Рисунок 1. Первый подъемник

 

Рисунок 2. Древнегреческий подъемник

 

Для орошения земленных угодиев воду на востоке и Индии. До нашей эры в Китае применялись вертикальные и горизонтальные подъемники (вороты) с ручным приводом (рисунок 3).

 

Рисунок 3. Вертикальный и горизонтальный подъемник с ручным приводом

 

Согласно записям в России применялись различного рода подъемные средства. Например, Царь-колокол, который составлял массой 130 тонн подняли в Кремле Московии в VII веке. Поднимая его использовали различные приспособления (рычаги, противовесы, лебедки).

 

Рисунок 4. Подъем Царь-колокола

 

Использовали в те времена различного рода энергию для подъемного оборудования. В VXIII веке – это была сила воды, то есть водяное колесо, а так же использовали тягу человека и животного.

Удивительным фактом являлась установка цоколя памятника Петру I, которая была осуществлена в 1769 году. Материал который использовали для этого сооружения составлял массой 1000 пудов, его транспортировали к объекту строительства при использовании следующих подъемных средств: лебедки, полисмпастов и катков огромного диаметром расстояния.

 

Рисунок 5. Воздвижение Цоколя Петру I

 

В России до периода революции на Костромском механическом заводе было было внедрено и производилось в производство подъемных кранов.

В конце XIX века многие крупные машиностроительные заводы России производили выпуск подъемного оборудования Сормовский, Брянский, Путиловский и Коломенский заводы-изготовители

Техническая оснащенность предприятий автосервиса является неотъемлемой частью наличия подъемного оборудования.

В настоящее время используют четыре вида привода подъемного оборудования автомобилей при техобслуживании и ремонте.

Далее пойдет речь о этих видах привода подъемного оборудования

Это оборудование, как известно, может быть трех типов − с электро-, гидро- и пневмоприводом. Причем каждый из них обладает своими достоинствами и недостатками (табл. 1). Кроме того, может быть подвижным и стационарным. Наконец, одно-, двух- и даже многостоечными. В связи с этим возникает вопрос: какому из типов отдавать предпочтение?

Таблица 1.

Типы привода подъемного оборудования

Сравниваемый показатель

Тип привода подъемника

электрический

гидравлический

пневматический

Возможность работы в области больших нагрузок

+

Возможность работы при больших скоростях подъема и спускания автомобиля

+

+

Возможность дистанционного управления

+

Способность запасать (аккумулировать) энергию

+

+

Стоимость

+

Массогабаритные размеры

+

Пожаро- и взрывобезопасность

+

Экологичность

+

Ремонтопригодность

+

Фиксация автомобиля в поднятом состоянии

+

 

Начнем с того, что подавляющее большинство выпускаемых подъемников − двухстоечные стационарные. Они, по сравнению, с передвижными обладают тем преимуществом, что обеспечивают большую устойчивость поднятого автомобиля и тем самым повышают безопасность и удобство выполнения работ исполнителем. Тем не менее передвижные подъемники также находят применение, поскольку не требуют выполнения монтажно-установочных работ и устройства фундамента, позволяют использовать их на любой ровной площадке, в том числе и вне помещений. После выполнения работ такие подъемники могут быть удалены с занимаемого ими места, которые потом используются для других работ или оборудования. Маневренность передвижных подъемников позволяет при необходимости изменить технологический маршрут ТО и ТР автомобилей, что нередко используется на малых СТОА или в стесненных производственных площадей [1].

Одностоечные подъемники тоже вполне применимы, так как обладают рядом несомненных достоинств.

Во-первых, такой подъемник дает исполнителю большую, чем, скажем, двухстоечный подъемник, свободу передвижения вокруг автомобиля, обеспечивает свободный доступ к нижним его частям. Во-вторых, автомобиль очень легко въезжает на такой подъемник. В-третьих, для одностоечного подъемника не требуется специального фундамента, значит, он дешевле двух- и многостоечного.

Однако у одностоечного подъемника есть два существенных недостатка: сила F веса (подъема) автомобиля прикладывается к одной стойке, что заставляет делать ее довольно массивной и стабилизации автомобиля на нем (в одной точке) всегда менее надежна, чем на двухстоечном подъемнике. Значит, и ниже уровень безопасности работ. Поэтому предприятия автосервиса отдают предпочтение подъемникам двухстоечным.

Теперь обратимся к табл. 1, что позволит сориентироваться в достоинствах и недостатках электро-, гидро- и пневпомодъемников.

Как видим, каждый из приводов действительно имеет свои преимущества и недостатки. Поэтому в настоящее время большинство малых СТОА оснащаются подъемниками с электромеханическим приводом: они дешевле.

Модернизация заключается в снижении грузоподъемности двухстоечного стационарного подъемника с 30 до 20 кН, что позволяет уменьшить высоту профиля балок подхвата и, в итоге позволяет уменьшить минимальную высоту клиренса автомобилей заезжающих на обслуживание, что особенно важно для легковых автомобилей.

В ходе модернизации определяем силы и моменты возникающие в приводе при работе подъемника с целью подбора оптимального по энергопотреблению электродвигателя, а также производим расчет силовых элементов подхватов.

Все начинается с подбора электродвигателя – первый этап.

Определим крутящий момент потребный для вращения грузового винта по формуле №1 при максимальной нагрузке в соответствии с методикой [1, с 25–34]. Далее определяется тангенс угла по формуле №2. Для однозаходной резьбы формула №3. Вертикальная осевая нагрузка на грузовой винт определяется по зависимости №4. Определим потребный крутящий момент электродвигателя формула №5. Определим частоту вращения грузового винта по формуле №6. Определяем частоту вращения вала двигателя по формуле № 7. Определяем потребную мощность двигателя по формуле №8. Согласно ГОСТ 19523-81 выбираем электродвигатель мощностью N ≥ Nэд с частотой вращения вала близкой к n'. Данным требованиям удовлетворяет асинхронный двигатель 4А100L6 мощностью N = 2,2 кВт и частотой вращения вала nдв = 950 мин-1.

Следующий этап расчет балки выдвижной

Расчет производим в соответствии с методикой [2, с 67–83].

Материал изготовления сталь 45. Расчет сечения короба балки производим из условия прочности на изгиб по формуле №9. Крутящий момент на изгиб определяется по формуле №10.

Предполагаем, что масса, приходящаяся на ведущую ось поднимаемого автомобиля составляет 60% от общей массы. Тогда осевую нагрузку принимаем из условия №11.

Расчет винта опорного.

Расчет производим в соответствии с методикой [1, с 25–34]. Средний диаметр резьбы d2 винта из условия на сжатие формула № 12. По справочнику принимаются параметры резьбы грузового винта, средний диаметр которой имеет ближайшее большее значение к расчетному. Выбираем резьбу со следующими параметрами: тип - однозаходная, трапецеидальная (ГОСТ 9894-73), угол профиля 30о, угол наклона рабочей грани профиля γ = 15о; диаметр средний d2=14 мм, диаметр наружный d=16 мм, диаметр внутренний d1=11,5 мм, шаг резьбы S=4 мм

Расчет гайки направляющей Расчет производим в соответствии с методикой [1, с 25–34].

Материалом для изготовления направляющей гайки выбираем сталь 45.

Параметры резьбы гайки принимаем: диаметр наружный d'=16,5 мм, диаметр внутренний d'1=12 мм.

Определяем минимальное число витков, находящихся в зацеплении

В предположении равномерного распределения нагрузки по виткам, число витков гайки определяется из условия прочности витков на срез по формуле №13.

Тогда по формуле №14 определим Z. Определение наружного диаметра гайки.

Наружный диаметр гайки D определяется из условия прочности гайки на растяжение силой Fx по формуле №15. Диаметр определим по формуле №16. Минимальная толщина стенки должна составлять не менее 5 мм. Тогда принимаем наружный диаметр гайки направляющей D1 = 30 мм. Высоту гайки принимаем равной высоте короба балки выдвижной – H = 50 мм.

Следующий этап расчет балки поворотной

Расчет производим в соответствии с методикой [2, с 67–83]. Произведем расчет короба балки поворотной. Материал изготовления сталь 45. Расчет сечения производим из условия прочности на изгиб по формуле №17. Крутящий момент на изгиб определяется по формуле № 18.

Следующий этап расчет оси

Материал изготовления сталь 45.

Расчет производим в соответствии с методикой [2, с 67–83]

В оси изгибающий момент Миз вызывает деформацию сдвига (среза) по двум плоскостям и деформацию смятия. Обычно сопротивление стали деформации сдвига ниже, чем среза. Поэтому, последней пренебрегают и ось рассчитывают только на срез.

Из условия прочности на срез имеем формула №19. Сила на срез определяется по формуле № 20. Момент на изгиб определяется по зависимости №21. Сила на срез определяется по формуле №21.

Расчет плиты опорной балки поворотной

Расчет производим в соответствии с методикой [2, с 67–83]

Материал изготовления сталь 45.

В плите сила растяжения Fр, возникающая от действия изгибающего момента – вызывает деформацию растяжения.

Из условия прочности на растяжение имеем №22.

Наиболее опасным сечением плиты является сечение, проходящее через центр отверстия, предназначенного для установки поворотной оси. Сила растяжения возникающая в данном сечении равна силе среза оси Fр = Fср.

Таблица 2.

Модернизация двухсточного стационарного подъемника

№ фор-

мулы

Формула

Примечания

 

1

Fх – вертикальная осевая нагрузка на грузовой винт; d – средний диаметр резьбы грузового винта. В соответствии с паспортными данными подъемника П-157 /10/ d = 39 мм;

ηпк – КПД опорных подшипников качения. ηпк =0,99; ψ - угол подъема винтовой линии; ρ – приведенный угол трения

2

d – средний диаметр резьбы грузового винта;

ρ - приведенный угол трения

 

 

3

f – коэффициент трения. Для пары трения сталь-бронза f = 0,1;

 – угол наклона рабочей грани витка резьбы. Для трапецеидальной резьбы γ = 15о

4

Fmax – грузоподъемность одной стойки.

Gк – масса каретки и подхватов подъемника.

 

5

ηцп=0,92 – кпд цепной передачи;

ηцп=0,95 – кпд ременной передачи

6

V – скорость перемещения каретки; P – шаг резьбы.

7

u – передаточное число ременной передачи. Принимаем параметры ременной передачи подъемника-прототипа, тогда u = 3,6

8

-

 

 

9

 

 

 Миз – изгибающий момент, действующий в сечении балки;

W – осевой момент сопротивления сечения.

и] – предел прочности материала трубы на изгиб. Для стали 45 [σи]=170 МПа

10

Fmax' – осевая нагрузка, действующая на винт; l – расстояние от оси приложения нагрузки до наиболее нагруженного сечения.

11

Fmax – грузоподъемность подъемника, H

12

d2 = 

[σ]сж – предел прочности материала винта на сжатие; Для стали 45 []сж=70 МПа

13

Кр – коэффициент полноты резьбы. Для трапецеидальной резьбы Кр=0,4;

ср] – допускаемое напряжение среза материала витков гайки. Для стали 45 [τср]= 150 МПа.

14

-

15

к=1 – коэффициент, учитывающий скручивание гайки;

р] – допускаемое напряжение на растяжение материала гайки. Для стали 45 [σр]=170 МПа

16

-

17

-

 

18

 

l – расстояние от оси приложения нагрузки до наиболее нагруженного сечения трубчатой части балки

 

19

 

Fср – сила среза; d – диаметр оси.

ср] – допускаемое напряжение среза материала витков гайки. Для стали 45 [τср]= 150 МПа

 

20

 

e – плечо максимального действия силы относительно освой линии балки поворотной. l = 45 мм

 

21

 

l – максимальное расстояние от оси балки поворотной до оси приложения нагрузки

 

22

 

Fр – сила растяжения;

р] =170 МПа – предел прочности материала на растяжение;

Sсеч – площадь поперечного сечения плиты в наиболее опасном сечении.

 

 

Список литературы:
1. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. – М.: Машиностроение, 1992; В 1т. 616 с. 
2. Грибков М., Карпекин П.А. Справочник по оборудованию для ТО и ремонта автомобилей – М.: Транспорт. 1969. – 267 с.