CC BY
6
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХШЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2018р. Серiя: Техшчш науки Вип. 36
p-ISSN: 2225-6733; e-ISSN: 2519-271X
nical sciences, 2017, no. 34, pp. 105-112. (Rus.)
2. Rodin P.R. Metalorejuschie instrumentu [Cutting tools]. Moskow, Vuschay shkola Publ., 1974. 407 р. (Rus.)
3. Granovskiy V.I., Granovskiy V.G. Rezanie metallov [Metal cutting]. Moskow, Vuschay shkola Publ., 1985. 304 р. (Rus.)
4. Samotugin S.S., Leschinskiy L.K. Plazmenoe uprochnenie instrumentalnuh materialov [Plazma hardening of tools material]. Donetsk, Novui mir Publ., 2003. 338 p. (Rus.)
5. Samotugin S.S., Lavrinenko V.I., Samotugina U.V., Kudinova E.V. Vliyanie regumov plazmenoi obrabotki na structuru i svoistva instrumentalnuh tverduh splavov [Effect of plasma treatment regimes on the structure and properties of tool hard alloys]. Sverhtverdue materialu - Superhard materials, 2011, no. 3, pp. 74-84. (Rus.)
6. Aleksandrova L.I., Loschak M.G., Gorbacheva T.B., Varaksina A.V. Rentgenograficheskie isle-dovaniya termoobrabotanuh tverduh splavov WC-Co [Radiographic studies of heat treated hard alloys WC-Co]. Poroschkovaya metalurgiya - Powder metallurgy, 1985, no. 5, pp. 93-98. (Rus.)
7. Gorbacheva T.B. Rentgenografiya tverduh splavov [Radiography of hard alloys]. Moskow, Metal-lurgiya Publ., 1985. 102 p. (Rus.)
Рецензент: А.А. Андилахай
д-р техн. наук, проф., ГВУЗ «ПГТУ»
Статья поступила 11.04.2018
УДК 621. 833. 65 doi: 10.31498/2225-6733.36.2018.142537
© Савлук А.П.1, Стршець В.М.2, Стршець О.Р.3, Степанюк А.А.4
ВАНТАЖОУПОРНИЙ ЗУПИННИК МЕХАН1ЗМ1В П1ДЙОМУ У ВИГЛЯД1
3AMKHyTOÏ Г1ДРОСИСТЕМИ
Описана будова i робота зупинника вантажу, який м1ститъ шестеренчастий насос, коротк трубопроводи, регулювалъний кран, зворотш клапани i емтстъ для pi-дини. Ва деталi змонтоваш на корпус насоса. За напрямком тдйому вантажу шестеренчастий насос приводиться в роботу та перекачуе piдину по вiдкpитому колу гiдpосистеми. По зактченш тдйому вантаж зупиняетъся i створюе зворот-ний оберталъний момент, напрямок обертання насоса мтяетъся i стопориться, бо зворотне коло гiдpосистеми закрите регулювалъним краном. Ключовi слова: зупинник вантажу, шестеренчастий насос, регулювалъний кран, замкнута гiдpосистема,звоpотний клапан, емтстъ для piдини.
Савлук А.П., Стрелец В.М., Стрилец О.Р., Степанюк А.А. Грузоупорный останов механизмов подъема в виде замкнутой гидросистемы. Описано строение и работа останова груза, который состоит из шестеренчатого насоса, коротких трубопроводов, регулирующего крана, обратных клапанов и емкости для жидкости. Все детали смонтированы на корпусе насоса. За направлением подъема груза шестеренчатый насос приводится в работу и перекачивает жидкостъ по открытому кругу гидросистеми. По окончании
1 студент, Нацюналъний ушверситет водного господарства та природокористування, м. Рiвне
2 канд. техн. наук, доцент, професор, Нацюналъний ушверситет водного господарства та природокористування, м. Рiвне, V. т. strilets@nuwm. edu.ua
3 канд. техн. наук, доцент, Нацюналъний ^верситет водного господарства та природокористування, м. Рiвне, иа oleg@hotmail.com
4 канд. техн. наук, асистент, Нацюналъний ушверситет водного господарства та природокористування, м. Рiвне, а. а. stepaniuk@,nuwm. edu.ua
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХШЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2018р. Серiя: Техшчш науки Вип. 36
p-ISSN: 2225-6733; e-ISSN: 2519-271X
подъема груз останавливается и создает обратный крутящий момент, направление вращения насоса изменяется из-за того, что обратное коло гидросистемы закрыто регулирующим краном.
Ключевые слова: останов груза, шестеренчатый насос, регулировочный кран, замкнутая гидросистема, обратный клапан, емкость для жидкости.
A.P. Savluk, V.M. Strilets, O.R. Strilets, A.A. Stepaniuk. Cargo stop-gear of the lifting mechanisms in the form of a closed circuit hydrosystem. Stoppers are used to hold loads at a height and prevent their uncontrolled reversal movement in manual and mechanical drives of lifting mechanisms. Recent researches have shown that scientists, designers and constructors continue to look for ways to improve the design and operation of cargo brakes and stoppers, therefore the development of the latter remains relevant scientific and technical task. The article describes the structure of new cargo stop-gear, which contains a gear pump, short pipelines, regulating throttle, reverse valves and a liquid container. All the parts are mounted on the frame of the pump. The work of the cargo stop-gear operated from the lifting mechanism has been considered. The gear pump is driven in the direction of cargo lifting,and pumps the liquid through an open circuit of the hydrosystem. Upon completion of lifting, the cargo stops and creates a reverse torque, the direction of the pump rotation changes and stops, because the reverse circuit of the hydrosystem is closed by the regulating throttle. To lower the cargo a regulating throttle is used- the return circle of the closed circuit hydrosystem opens, the gear pump is driven and it pumps the liquid in the reverse circuit of the hydrosystem. When we want to stop the movement of the cargo - the regulating throttle overlaps the reverse circuit of the closed circuit hydrosystem. The recommendations on the selection and calculation of components of the cargo stop-gear of the lifting mechanism have been given. The proposed cargo stop-gear in the form of a closed circuit hydrosystem is advisable to use in load-lifting and other equipment, as the durability of parts increases and energy costs reduce during its operation.
Keywords: cargo stop-gear, gear pump, regulating throttle, closed circuit hydrosystem, reverse valve, container for liquid.
Постановка проблеми. Зупинники використовують для утримання вантагав на висот та запобтання !х некерованого зворотного спуску в ручних i мехашчних приводах механiзмiв тд-йому i у похилих транспортерах, для запобтання зворотного руху. За конструкщею зупинники бувають храповi та роликов^ Храповий зупинник складасться з храпового колеса, закршленого на валу, та защшки, закршлено! на нерухомому корпуса При пiдйомi вантажу храпове колесо повертасться разом з валом. При опусканш вантажу защшка входить в западини храпового колеса i припиняе зворотнш хщ. Роликовий зупинник складасться з нерухомого корпусу, диска з клиновими вирiзами на завшшнш круговш поверхш, встановленого нерухомо на валу, та ролиюв, встановлених в утвореш мiж корпусом i диском клиновi щшини. При шдшманш вантажу ролики перемщуються силами тертя в широку частину клиново! щшини, що забезпечуе вшьне обертання диска вщносно корпусу. При зворотному обертальному момент ролики захо-дять у вузьку частину клиново! щшини, що приводить до заклинювання i зупинки вала. Вантажоупорш зупинники використовують у мехашчних мехашзмах шдшмання вантагав кра-шв, особливо в електричних талях, для запобтання пришвидшеного опускання вантажу. Осно-вним недолгом таких вантажоупорних зупинниюв е мала надшнють у роботу складнють конструкций використання у них фрикцшних зв'язюв, що приводять до штенсивного спрацювання деталей, та непродуктивних затрат енерги при опусканш вантажiв. Бшьш детально про будову i роботу таких пристро!в описано в лггературних джерелах, наприклад, [1-3] та шших. Актуальною науково-техшчною задачею е розробка нових вантажоупорних зупинниюв. Тому пропо-нуються вантажоупорш зупинники у виглядi замкнуто! пдросистеми, розроблеш на рiвнi пате-нпв на винаходи [4-7] i корисну модель [8], як усувають вказаш недолши.
AH^i3 останшх дослщжень i публжацш. Вантажоупорним гальмам i зупинникам при-свячеш велика кшьюсть робгг. Про деякi роботи [9-11] нами сказано у цш статтi.
В литературному джерелi [9] розглядаються статично збалансоваш гальма (SBBs), у яких
2018р.
Сер^я: Техшчш науки p-ISSN: 2225-6733; 2519-271Х
Вип. 36
привод менш енергоемний. Вони не вимагають будь-яко!' сили приведення, щоб шдтримувати гальмiвний момент, а лише необхщно перемiстити невелику масу, щоб його змшювати.
В лiтературному джерелi [10] приводиться будова i принцип роботи магнггного гальма -пристрою, який передае обертальний момент через зсувну силу рщини МЯ. Рiдина розмщуеть-ся мш: обертальними i фжсованими дисками, а на рiдину накладаеться магнiтне поле.
В лiтературному джерелi [11] дослiджуються електромагнiтi гальма з застосуванням ви-хрових струмiв, вказуеться ряд переваг, наприклад, безконтактна робота, швидка реакц1я, зме-ншення кшькос^ деталей. Основний недолiк - гальмiвний момент обмежений низькими швид-костями.
1з аналiзу останнiх публiкацiй видно, що науковщ, проектувальники i конструктори про-довжують шукати шляхи покращення конструкцп i принципу роботи вантажних гальм i зупин-никiв.
Цшь статть Метою роботи е вивчення будови i принципу роботи вантажоупорних зу-пинникiв у виглядi замкнуто!' гщросистеми для механiзмiв пiдйому вантажш i рекомендацп до вибору '1х компонентiв.
Виклад основного материалу. На рис. 1 показана гiдравлiчна схема вантажоупорного зупинника, який складаеться з пдронасоса 1, коротких трубопроводiв 2, регулювального крана 3, зворотних клапашв 4, 5, 6 i емност для рiдини 7. Всi складовi деталi монтуються на кор-пусi 8 гiдронасоса 1.
Рис. 1 - Гiдравлiчнi схеми зупинника вантажу: а - робота при шдшманш вантажу; б - робота при опусканш вантажу
Дай зупинник вантажу (рис. 2) корпусом 8 пдронасоса 1 приеднуеться до корпуса 9 редуктора приводу мехашзму шдйому вантажу гвинтами 10. По^м на вал 11 пдронасоса 1 на шпонщ 12 або шлщах встановлюють шестерню 13 i закршляють гайкою 14. Шестерня 13 входить у заче-плення з зубчастим колесом 15 редуктора мехашзму пщйому вантажу, наприклад, таль
Вантажоупорний зупинник працюе таким чином. При обертанш зубчастого колеса 15 редуктора приводу мехашзму шдйому вантажу за напрямком шдйому вантажу пдронасос 1 приводиться в роботу - перекачуе рщину по першому замкнутому колу (див. рис. 1, а). У цей час регулювальний дросель або кран 3 закритий. По закшченш шдшмання, вантаж зупиняеться i своею вагою створюе зворотний обертальний момент, тобто напрямок обертання зубчастого колеса 15 змшюеться на зворотний. При цьому змшюеться напрямок обертання шестеренчасто-го насоса. Так як система закрита регулювальним краном 3 i зворотними клапанами 5 i 6, здшс-нюеться стопоршня шестеренчастого пдронасоса 1, шестерш 13 i зубчастого колеса 15 - поднятий вантаж знаходиться в шдвшеному сташ.
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХШЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2018р. Сер^я: Техшчш науки Вип. 36
2225-6733; e-ISSN: 2519-271Х
Для опускання вантажу вмикаеться регулювальний дросель або кран 3. Рщина рухаеться по другому замкнутому колу (див. рис. 1, б) - шестеренчастий пдронасос 1 i регулювальний дросель або кран 3. При цьому обертаеться шестеренчастий пдронасос 1, шестерня 13 i зубчас-те колесо 15 - вантаж плавно опускаеться. При закритл регулювального дроселя або крана 3 гидросистема стопориться, припиняеться рух рщини по другому замкнутому колу гщросистеми. Зупиняеться рух шестеренчастого гiдронасоса 1, шестернi 13 i зубчастого колеса 15 - опускання вантажу припиняеться. Дозаповнення пдросистеми рщиною здiйснюеться iз емностi 7 через зворотш клапани 5 i 6.
Рис. 2 - Конструктивна блок-схема установки вантажоупорного зупинника на ре-
дукторi механiзму пiдйому вантажу
Конструктивна блок-схема установки вантажоупорного зупинника на корпус 9 редуктора приводу мехашзму шдйому вантажу, наприклад, тал^ показана на рис. 2.
Такий зупинник вантажу полшшуе експлуатацiйнi показники - спрощуе керування опус-канням вантажу, зменшуе енергетичнi затрати на опускання вантажу, збшьшуе довговiчнiсть за рахунок вщсутнос^ пар тертя.
Для розрахунку любого зупинника вантажу визначають розрахунковий гальмiвний момент, МГ.
Мг = Лм, (1)
де Кг - коефщент запасу гальмування; Qв - вантажошдйомнють; Б0 - дiаметр барабана по о^ каната; ¡п - кратнють полiспасту; им - передаточне число привода мехашзму шдйому
вантажу; г/м = 0,80.. .0,85 - коефщент корисно!' дН привода механiзму шдйому вантажу.
В якос^ насоса в замкнутш гiдросистемi рекомендуються шестереннi пдронасоси зовш-шнього зачеплення [12], як таю, що вiдрiзняються простотою конструкци, компактнiстю, на-дiйнiстю у робот^ довговiчнiстю, нечутливiстю до перевантажень, малою вартютю.
Вiтчизняною промисловiстю випускаються шестеренш гiдронасоси з прямозубим зовш-шшм зачепленням НШ-4, НШ-6, НШ-10, НШ-32, НШ-50, НШ-71, НШ-100, НШ-125, НШ-150 та iншi, де число у марщ означае робочий об'ем у см3. Параметри таких шестеренчастих насо-сiв можна вибрати, наприклад, з [13].
Вибiр гiдронасоса для зупинниюв у виглядi замкнуто!' гiдросистеми виконують за дiамет-ром вихiдного вала, який визначаеться
Серiя: Техшчш науки p-ISSN: 2225-6733; e-ISSN: 2519-271X
2018р.
Вип. 36
d =
МГ
Г (2)
р,2[тк ]
де МГ - гальмiвний момент; [тк] = 15...30 МПа - допустгаш напруження кручення для матерiалу вала.
В замкнутш гiдросистемi розрахунку тдлягають трубопроводи, по яких рухаеться рщи-на, i вони е найбшьш вразливими. Внутрiшнiй дiаметр трубопроводiв вибираемо рiвним натр-ному отвору пдронасоса. Товщина стiнок труб s, як i всi види !х з'еднань, розраховуються за максимальним тиском [14]. Небезпечним для труб е розрив по твiрнiй. Тодi товщина стшки:
p max d у
' = ЖТ + ' • (3)
де ртах - максимальний тиск рiдини в трубах, який може створити гщронасос; [ор] - до-пустимi напруження на розтяг для матерiалу труб; с = 1.2 мм - збшьшення товщини стiнки труби з урахуванням спрацювання; dy - умовний прохiд труби, приймаеться рiвним дiаметру отворiв пдронасоса.
Пшовий максимальний тиск ртах рщини в трубах, який може створити гщронасос в замкнутш гiдросистемi вибираемо iз параметрiв гiдронасосiв, або бшьш широко [13].
Висновки
Описана конструкщя та принцип роботи нового вантажоупорного зупинника у виглядi замкнуто! гщросистеми, що може бути використана в рiзних засобах технiки.
Запропонованi аналгтичш вирази, якi на основi умов роботи дозволяють вибирати та роз-раховувати елементи зупинника вантажу, що перемщаеться механiзмом пiдйому.
Зупинник вантажу у виглядi замкнуто! гiдросистеми доцшьно застосовувати i в iншiй те-хнiцi, так як пiдвищуеться надшнють i довговiчнiсть деталей через вщсутшсть ударних наван-тажень, фрикцiйних зв'язюв i зменшуеться матерiаломiсткiсть та енергетичш затрати при екс-плуатацi!.
Список використаних джерел:
1. Гончарук О.М. Вантажопщйомна, транспортуюча i транспортна техшка / О.М. Гончарук, В.М. Стршець. - Рiвне : НУВГП, 2008. - 345 с.
2. Деталi машин i пiдйомно-транспортне обладнання / В.О. Малащенко, В.М. Стршець, Я.М. Новщький, О.Р. Стршець. - Рiвне : НУВГП, 2017. - 325 с.
3. НПАОП 0.00-1.01-07. Правила будови i безпечно! експлуатацi! вантажотдйомних кранiв. Державний нормативний акт про охорону пращ. - Взамен НПАОП 0.00-1.03-02 (ДНАОП 0.00-1.03-02) ; введ. 2007-07-18. - К. : МЮУ, 2007. - 156 с.
4. Пат. 2211796 РФ, МПК F 16 D 57/06. Останов для груза перемещаемого механизмом подье-ма / Н.М. Куденко, В.Н. Стрелец. - № 2001107699; заявл. 21.03.2001; опубл. 10.09.03, Бюл. № 25.
5. Пат. 2211797 РФ, МПК F 16 D 57/06. Останов для груза перемещаемого механизмом подье-ма / Н.М. Куденко, В.Н. Стрелец. - № 2001113324/28; заявл. 14.05.2001; опубл. 10.09.03, Бюл. № 25.
6. Пат. 41191 Укра!на, МПК F 16 D 71/00. Вантажоупорний зупинник / М.М. Куденко, В.М. Стршець. - № 2001032016; заявл. 27.03.01; опубл. 15.07.03, Бюл. № 7.
7. Пат. 44135 Укра!на, МПК В 66 D 5/32. Вантажоупорний зупинник / М.М. Куденко, В.М. Стршець. - № 2001053400; заявл. 21.05.01; опубл. 15.03.05, Бюл. №3.
8. Пат. 28463 Укра!на, МПК F 16 D 71/00. Вантажоупорний зупинник / О.Р. Стршець, В.М. Стршець. - № u200708884; заявл. 01.08.07; опубл. 10.12.07, Бюл. № 12.
9. Plooij Michiel. Statially balanced brakes / Michiel Plooij, Tom van der Hoeven, Gerard Dunning, Martijn Wisse // Original Research Article Precision Engineering. - January, 2016. - Vol. 43. -Pp. 468-478.
10. Teoretical and experimental study of magneto-rheological fluid brake / E.M. Attia, N.M. Elso-dany, H.A. El-Gamal, M.A. Elgohari // Original Research Article Alexandria Engineering Journal. - June 2017. - Vol. 56. - Issue 2. - Pp. 189-200.
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХШЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2018р. Серiя: Техшчш науки Вип. 36
p-ISSN: 2225-6733; e-ISSN: 2519-271X
11. Karakoc Kerem. Analytical modeling of eddy current brakes with the application of time varyieng magnetic fields / Kerem Karakoc, Afzal Suleman, Edvard J. Park // Original Research Article Applied Mathematical Modelling. - January 2016. - Vol. 40. - Issue 2. - Pp. 1168-1179.
12. Стршець О. Огляд i анатз пдронасошв для замкнутих пдросистем у пристроях для керу-вання змшами швидкосп / О. Стршець // Матерiали 13-го Мiжнародного симпозiуму укра!-нських iнженерiв-механiкiв у Львовi. - Львiв : К1НПАТР1 ЛТД. - 2017. - С. 150-151.
13. Насосы шестеренные [Электронный ресурс] : [Веб-сайт]. - Электронные данные. - Режим доступа: www.hydrosila.com/products/gear-pumps. - Название с экрана.
14. Стршець В.М. Основи конструювання. 1нтерактивний комплекс навчально-методичного забезпечення / В.М. Стршець. - Рiвне : НУВГП, 2008. - 258 с.
References:
1. Honcharuk O.M., Strilets V.M. Vantazhopidyomna, transportuyucha i transportna tekhnika [Hoisting, transporting and transport equipment]. Rivne, NUWEE Publ., 2008. 345 p. (Ukr.)
2. Malashchenko V.O., Strilets V.M., Novitskyi Y.M., Strilets O.R. Detali mashyn i pidyomno-transportne obladnannya [Machines elements and lifting and transport equipment]. Rivne, NUWEE Publ., 2017. 325 p. (Ukr.)
3. Derzhavnyy normatyvnyy akt pro okhoronu pratsi NPAOP № 0.00-1.01-07. Pravyla budovy i bezpechnoyi ekspluatatsiyi vantazhopidyomnykh kraniv [State normative document on labor protection NPALP № 0.00-1.01-07. Rules of structure and safe operation of load-lifting cranes]. Kyiv, MJU Publ., 2007. 156 p.
4. Kudenko M.M., Strilets V.M. Ostanov dlya gruza peremeshchayemogo mekhanizmom pod'yema [Stop-gear for a load moving by a lifting mechanism]. Patent RU, no. 2211796, 2003. (Rus.)
5. Kudenko M.M., Strilets V.M. Ostanov dlya gruza peremeshchayemogo mekhanizmom pod'yema [Stop-gear for a load moving by a lifting mechanism]. Patent RU, no. 2211797, 2003. (Rus.)
6. Kudenko M.M., Strilets V.M. Vantazhoupornyy zupynnyk [Load stop-gear]. Patent UA, no. 41191, 2003. (Ukr.)
7. Kudenko M.M., Strilets V.M. Vantazhoupornyy zupynnyk [Load stop-gear]. Patent UA, no. 41135, 2005. (Ukr.)
8. Strilets O.R., Strilets V.M. Vantazhoupornyy zupynnyk [Load stop-gear]. Patent UA, no. 28463,
2007. (Ukr.)
9. Michiel Plooij, Tom van der Hoeven, Gerard Dunning, Martijn Wisse Statially balanced brakes. Precision Engineering. Vol. 43. January 2016. pp. 468-478.
10. Attia E.M., Elsodany N.M., El-Gamal H.A., Elgohari M.A. Teoretical and experimental study of magneto-rheological fluid brake. Alexandria Engineering Journal, June 2017, vol. 56, iss. 2, pp. 189-200.
11. Kerem Karakoc, Afzal Suleman, Edvard J. Park. Analytical modeling of eddy current brakes with the application of time varying magnetic fields. Applied Mathematical Modelling, January 2016, vol. 40, iss. 2, pp. 1168-1179.
12. Strilets O. Ohlyad i analiz hidronasosiv dlya zamknutykh hidrosystem u prystroyakh dlya keruvannya zminamy shvydkosti. Materialy dopovidej 13-j Mizhnarodnyj sympozium ukrai'ns'kyh inzheneriv-mehanikiv u L'vovi «MSUIML-13» [Review and analysis of hydropumps for closed circuit hydrosystems in devices for speed change control. Proceedings of the XIII International Symposium of Ukrainian Mechanical Engineers in Lviv «ISUMEL-13»]. Lviv, KINPATRI LTD, 2017, pp. 150-151. (Ukr.)
13. Nasosy shesterennye (Gear pumps) Available at: www.hydrosila.com/products/gear-pumps/ (accessed 15 August 2017).
14. Strilets V.M. Osnovy konstruyuvannya [Fundamentals of constructing]. Rivne, NUWEE Publ.,
2008. 258 p. (Ukr.)
Рецензент: С.В. Кравець
д-р техн. наук, проф., Нащональний ушверситет
водного господарства та природокористування
Стаття надшшла 20.03.2018
