Муфты для приводов башенных кранов: зубчатые и упругие

Введение: роль муфт в механизмах башенного крана

Башенные краны представляют собой сложные грузоподъемные машины, в которых все рабочие движения обеспечиваются механизмами с индивидуальным электрическим приводом. Передача крутящего момента от электродвигателя к исполнительным органам осуществляется через систему валов, редукторов и соединительных муфт. Муфты в конструкции башенного крана выполняют несколько ключевых функций: передачу вращающего момента между валами, компенсацию погрешностей монтажа и несоосности, демпфирование динамических нагрузок при пуске и торможении.

Механизмы башенного крана включают грузовые и стреловые лебедки, механизмы передвижения крана и тележки, механизмы поворота и изменения вылета стрелы. Каждый механизм содержит электродвигатель, редуктор, тормоз и соединительные муфты. Правильный выбор типа муфты и ее характеристик определяет надежность работы всего механизма и безопасность эксплуатации крана.

Типы муфт для механизмов башенных кранов

В механизмах башенных кранов применяют три основных типа муфт: втулочно-пальцевые, зубчатые и кулачковые. Каждый тип имеет свои конструктивные особенности, область применения и эксплуатационные характеристики.

Классификация муфт по назначению

Зубчатые муфты применяются преимущественно на быстроходных валах механизмов подъема груза, где требуется передача значительных крутящих моментов при высокой частоте вращения. Втулочно-пальцевые муфты устанавливают в приводах, работающих при колебаниях нагрузки, где необходимо демпфирование ударов при пуске и торможении. Кулачковые муфты на башенных кранах применяют редко, преимущественно на тихоходных валах.

Зубчатые муфты МЗ для главных приводов

Конструкция и принцип работы

Зубчатая муфта МЗ представляет собой жесткую подвижную компенсирующую муфту, состоящую из двух зубчатых втулок с наружными зубчатыми венцами и разъемной обоймы с двумя внутренними зубчатыми венцами. Зацепление и передача крутящего момента осуществляются зубьями полумуфт, входящими в зацепление с внутренними зубьями обойм.

Компенсация несоосности валов достигается за счет боковых зазоров между зубьями и выполнения бочкообразной (сферической) поверхности выступов зубьев втулок. Торцевые зазоры между втулками и обоймами обеспечивают компенсацию осевых смещений валов.

Технические характеристики зубчатых муфт МЗ

Зубчатые муфты серии МЗ изготавливаются по ГОСТ Р 50895-96 и ГОСТ 5006-55. Основные параметры типоразмерного ряда приведены в таблице:

Допустимые смещения валов для зубчатых муфт

Согласно ГОСТ Р 50895-96, зубчатые муфты допускают следующие отклонения от номинального положения валов:

• Радиальное смещение без перекоса: определяется типоразмером муфты по таблицам ГОСТ Р 50895-96
• Угловой перекос без радиального смещения: до 1°30' (для муфт с бочкообразным зубом)
• Комбинированное смещение: определяется условием, что угол между осью обоймы и осью каждого вала не превышает 0°30'

Требования к изготовлению зубьев

Зубья втулок и обойм изготавливают эвольвентными с углом профиля 20° по делительной окружности. Степень точности зубчатого зацепления выбирается в зависимости от окружной скорости на делительной окружности:

Твердость рабочих поверхностей зубьев после термообработки должна составлять не менее 40-45 HRC. Для повышения износостойкости зубчатые венцы подвергают закалке ТВЧ или цементации.

Упругие втулочно-пальцевые муфты МУВП

Конструктивные особенности

Муфта упругая втулочно-пальцевая (МУВП) состоит из двух полумуфт, стальных пальцев, неподвижно закрепленных в конических отверстиях одной из полумуфт, и резиновых втулок, через которые пальцы взаимодействуют с цилиндрическими отверстиями второй полумуфты. Одна из полумуфт может выполняться с тормозным шкивом для установки колодочного тормоза.

Резиновые втулки работают на сжатие, что обеспечивает высокую энергоемкость муфты. Упругость втулок и возможность их осевого перемещения компенсируют неточности соединения валов и смягчают динамические нагрузки при пусках и торможениях.

Материалы для изготовления МУВП

Параметры муфт МУВП по ГОСТ 21424-93

Допустимые смещения для МУВП

Муфты МУВП компенсируют следующие виды несоосности валов:

• Радиальное смещение: 0,2-0,5 мм в зависимости от типоразмера
• Осевое смещение: 1-5 мм
• Угловое смещение: до 1°

КПД муфты МУВП составляет 0,96-0,98. При работе в условиях радиального смещения валов возникает дополнительная радиальная нагрузка на валы и опоры, которую необходимо учитывать при проектировании.

Муфты в механизмах подъема, поворота и передвижения

Механизм подъема груза

Грузовая лебедка башенного крана включает электродвигатель, тормоз, редуктор и барабан. Типовая кинематическая схема предусматривает установку муфты между валом электродвигателя и входным валом редуктора. На выходе редуктора барабан соединяется с выходным валом через зубчатую муфту.

В лебедках кранов серии КБ применяют следующую компоновку:

• Между электродвигателем и редуктором - муфта МУВП с тормозным шкивом
• Между редуктором и барабаном - зубчатая муфта МЗ

Механизм поворота

Механизм поворота предназначен для вращения поворотной части башенного крана вокруг вертикальной оси. Он состоит из электродвигателя, тормоза, редуктора поворота и выходной шестерни, входящей в зацепление с зубчатым венцом опорно-поворотного устройства (ОПУ).

Комплектация механизма поворота башенных кранов серии КБ (редуктор У3515.42):

• Муфта соединительная между электродвигателем и редуктором
• Тормозной шкив диаметром 200 мм
• Тормоз колодочный с электромагнитом
• Редуктор трехступенчатый с передаточным числом 121 или 134

Механизм передвижения крана

Механизм передвижения обеспечивает перемещение башенного крана по рельсовому пути. На кранах 3-5 размерных групп ходовые тележки выполнены двухколесными балансирными. Привод передвижения устанавливается на ведущих тележках и включает электродвигатель, редуктор и тормоз.

Типовой привод передвижения ПК-6,3 для башенных кранов серии КБ:

• Электродвигатель 4АС-132S-6 мощностью 6,3 кВт
• Редуктор червячный глобоидный с передаточным числом 20 или 16
• Тормоз ТКТ-200 или ТКГ-200
• Соединительная муфта между двигателем и редуктором

Передача вращения на ходовые колеса осуществляется через открытую зубчатую передачу (шестерня m=10, z=21 и колесо m=10, z=53).

Расчет муфт по крутящему моменту

Определение расчетного крутящего момента

Выбор муфты производится по расчетному крутящему моменту, который учитывает условия работы привода и динамические нагрузки:

Значения коэффициента К₁

Значения коэффициента К₂

Определение номинального момента по мощности

Проверочный расчет муфты МУВП

После выбора муфты по крутящему моменту выполняют проверочный расчет пальцев на изгиб и резиновых втулок на смятие.

Компенсация несоосности валов

Виды несоосности

При монтаже валов механизмов башенных кранов неизбежны погрешности взаимного расположения осей. Различают три вида отклонений от номинального положения валов:

• Радиальное (параллельное) смещение - оси валов параллельны, но смещены относительно друг друга
• Угловое смещение (перекос) - оси валов пересекаются под углом
• Осевое смещение - валы смещены вдоль общей оси

На практике чаще всего встречается комбинация указанных отклонений.

Сравнение компенсирующей способности муфт

Влияние несоосности на работу зубчатых муфт

При работе зубчатой муфты с несоосностью валов нагрузка распределяется неравномерно между зубьями. Зубья, расположенные в плоскости перекоса валов, имеют более благоприятные условия соприкасания. Зубья, расположенные в перпендикулярной плоскости, контактируют кромками под углом, равным углу перекоса.

Для снижения кромочных напряжений применяют бочкообразную форму зубьев втулок. Приработка зубьев в процессе эксплуатации выравнивает распределение нагрузки и улучшает условия контакта. Износ является основным критерием работоспособности зубчатых муфт, поэтому обязательно применение жидкой смазки.

Монтаж и техническое обслуживание

Требования к монтажу муфт

При установке муфт на механизмы башенных кранов необходимо соблюдать следующие требования:

• Полумуфты устанавливаются на валы методом горячей или холодной посадки с натягом
• Радиальное биение полумуфты после установки не должно превышать 0,05 мм
• При соединении валов контролируется соосность с помощью щупов, линеек или специальных скоб
• Зазоры между торцами полумуфт должны соответствовать чертежу
• Болтовые соединения обойм затягиваются с контролируемым моментом

Периодичность технического обслуживания

Характерные неисправности и их признаки

Часто задаваемые вопросы

Полезные материалы по теме