Analýza sil zdvihacího vozíku: Vysvětlení tří sil pro inženýry zdvihacích zařízení

Pro údržbáře, který kontroluje 5tunový mostový jeřáb, nejsou síly, které drží vozík na místě na nosníku mostu, jen akademickými čísly. Zvedací vozík je vystaven třem silám v typickém statickém cvičení: hmotnosti samotného vozíku, nákladu zavěšeného na háku a tahu pohonu pojezdu. Rovnováha mezi těmito třemi silami rozhoduje o tom, zda vozík zůstane vyrovnán, zda koncový vozík nese příliš velké zatížení a zda má pojezdový motor dostatek točivého momentu, aby se mohl hladce rozběhnout a zastavit. Správné vyvážení je prvním krokem při výběru spolehlivého systému vozíků.

Co vlastně tři síly představují ve zvedacím vozíku

Ve zjednodušeném modelu rovinné síly se s vozíkem zachází jako s tuhým tělesem pod třemi souběžnými silami. Prvním je hmotnost samotného vozíku, včetně zvedací jednotky, rámu a pojezdového zařízení. Druhým je vertikální tah zavěšeného břemene přenášený přes ocelové lano nebo řetěz. Třetí je horizontální hnací nebo brzdná síla vyvíjená pojezdovým mechanismem pro pohyb vozíku po mostě jeřábu.

Každá z těchto součástí má skutečný fyzický zdroj na mostovém jeřábu. Úhel, pod kterým působí hnací síla, v učebnicových úlohách často označovaný jako α, představuje směr působící síly vzhledem k horizontále. V praxi tento úhel závisí na tom, jak je vedena tažná síla a jak je vozík připojen k mostu a koncovému vozíku.

• Vlastní hmotnost vozíku je obvykle nejmenší ze tří sil, ale stále přispívá k zatížení kola.
• Zavěšené břemeno je dominantní vertikální silou a řídí výběr nosnosti kladkostroje.
• Hnací síla musí být dostatečná k překonání valivého odporu, setrvačnosti a možných brzdných sil.

Standardní metoda pro řešení problému tří sil

Jakmile jsou známy směry a velikosti sil, řešení se řídí standardním postupem pro koplanární souběžný silový systém. Nastavení obvykle začíná rozložením každé síly na složky x a y. Jestliže síla P působí pod úhlem α k horizontále, síla A působí vodorovně a síla B působí svisle dolů, rovnice rovnováhy jsou jednoduché:

Ze směru x: P cos α A = 0.

Ze směru y: P sin α − B = 0.

Řešením těchto dvou rovnic dostaneme P = B / hřích α a A = − B cot α. Záporné znaménko na A jednoduše znamená, že horizontální síla musí působit proti horizontální složce P, aby vozík zůstal v rovnováze.

Níže uvedená tabulka ukazuje, jak se mění požadovaná síla P se změnou úhlu α, při použití vertikálního zatížení B 400 lb jako vstupu. Přesná čísla jsou méně důležitá než trend, který znázorňují: menší úhel vyžaduje větší hnací sílu a větší úhel mění rozložení zatížení na kolejnici jeřábu.

Praktickým důsledkem je, že změna α dokonce o 10 stupňů může změnit velikost požadované hnací síly o téměř 20 procent. To je důvod, proč musí být úhel definován pečlivě od začátku, nikoli jako dodatečný nápad.

Jak analýza vede výběr komponent

Jakmile jsou síly vyřešeny, výsledná zatížení se stanou návrhovými vstupy pro mechanické části vozíku. Svislé zatížení kol je primárním vstupem pro výběr koncového vozíku jeřábu. Horizontální hnací síla určuje požadovaný točivý moment hnacího motoru a jmenovitý výkon bloku jeřábového kola. O jmenovité nosnosti kladkostroje rozhoduje zavěšené břemeno a dynamické účinky.

Ve skutečném jeřábovém systému se koncový vozík vyrábí s definovaným rozvorem a průměrem kolejnice, aby odpovídal očekávanému zatížení kol. Volba standardního koncového vozíku bez kontroly jeho připojení k rámu vozíku a jeho schopnosti unést vypočtené zatížení kol je častým zdrojem mechanické poruchy. Když je vozík vystaven třem silám popsaným ve statické analýze, největší podíl vertikálních reakcí nese koncový vozík. To je důvod, proč je produktová řada jeřábových vozíků TBM navržena se zesílenými sekcemi a robustními ložisky kol, aby zvládla vertikální a horizontální kombinace sil.

Koncový vozík jeřábu pro trolejové systémy s vyztuženými sekcemi Tento koncový vozík, navržený pro těžké kombinace vertikálních a horizontálních sil, podporuje most jeřábu a pojezdový mechanismus a poskytuje stabilitu a odolnost pro průmyslové aplikace. Zobrazit produkt →

Praktické úvahy nad rámec statické rovnováhy

Statická rovnováha je výchozím bodem, nikoli konečnou odpovědí. Limity pracovní zátěže, bezpečnostní faktory a klasifikace výkonu ovlivňují to, zda je konstrukce zařízení bezpečná pro každodenní provoz. U elektrického lanového kladkostroje pro všeobecné použití se často používá evropská norma FEM nebo ekvivalentní klasifikace zatížení, jako je ISO M3 až M5, k definování, kolik hodin denně může kladkostroj běžet při daném zatížení. Tento faktor cla není libovolný; ovlivňuje velikost brzdy, sklon ocelového lana a tepelnou kapacitu motoru.

Problém tří sil také nebere v úvahu výkyvy nákladu, síly větru na venkovní jeřáb nebo vliv nakloněné dráhy. Tato přídavná zatížení musí být zohledněna v celkovém návrhu trolejového systému. Blok kola musí být vyhodnocen jak na statické zatížení, tak na horizontální síly, které pocházejí z jízdy a brzdění. Když vozík zrychlí nebo zastaví, setrvačnost břemene působí další horizontální silou, která není součástí učebnicového statického problému. Tuto extra sílu musí absorbovat okolky kol a pás. Bloky jeřábových kol TBM jsou vyráběny s přírubově tvrzenými koly a utěsněnými ložisky, aby vydržely opakované boční zatížení.

Odolný blok jeřábových kol s přírubově kalenými koly Tento blok kola, vyrobený z vysoce pevné legované oceli a utěsněných ložisek, odolává bočnímu zatížení zrychlením a brzděním a zajišťuje hladký a přesný pojezd jeřábu. Zobrazit produkt →

Vybudování bezpečného systému vozíků s TBM Liftingem

Z pohledu komponentů problém tří sil vstupuje do každé fáze trolejového systému. Koncový vozík musí nést zatížení kol, bloky kol musí zvládnout vodorovné pojezdové síly a lanový kladkostroj musí být zvolen se správnou nosností a rychlostí. TBM Lifting staví elektrický lanový kladkostroj se standardní výškou stropu SHA7 a dvounosníkový kladkostroj SHA8 s konfiguracemi v evropském stylu, které poskytují jasné kapacitní rezervy pro aplikace průmyslových vozíků. The rozsah elektrického lanového kladkostroje je dimenzován s ohledem na dráhu zatížení vozíku a reakce kol, takže spojovací body součástí jsou od začátku navrženy tak, aby podporovaly vypočítané síly.

Když specifikujete trolejový systém, začněte skutečným silovým diagramem vaší instalace. Určete zavěšené zatížení, hmotnost vozíku, uspořádání kolejnice a úhel tahu hnacího mechanismu. S těmito základními vstupy poskytuje statický výpočet jasný rozsah provozních zatížení. Poté přiřaďte tato břemena ke kladkostroji a sadě komponentů koncového vozíku, které jsou vyrobeny pro stejné provozní a bezpečnostní normy.

Elektrický lanový kladkostroj SHA7 Standard-headroom Tento kladkostroj, vybavený vysoce účinným motorem a frekvenčním převodem pro hladký provoz, je vhodný pro manipulaci s materiálem ve strojírenství, montáži automobilů a dalších průmyslových odvětvích. Zobrazit produkt →

Zvedací vozík je v tomto klasickém statickém problému vystaven třem silám, ale skutečná hodnota tohoto výpočtu přichází, když je aplikován na návrh a výběr skutečného zdvihacího zařízení. Analytická metoda, kterou používáte k vyřešení zatížení, je stejná metoda, která určuje, zda vozík pojede hladce, zůstane vyrovnaný na kolejnici a dosáhne své plánované životnosti. Přizpůsobením silového řešení správně dimenzovaným kladkostrojům, koncovým vozíkům a blokům kol se můžete vyhnout nákladným poruchám, které pocházejí z poddimenzovaných součástí. Pro výpočet síly na základě vašeho konkrétního uspořádání vozíku a jeřábu se obraťte na Technický tým TBM .