Расчет такелажной оснастки при подъеме аппарата двумя вертикальными мачтами методом скольжения

В тех случаях, когда габариты и масса оборудования сравнительно невелики, для их монтажа применяют самоходные стреловые краны.

Если для монтажа тяжелых и высоких аппаратов невозможно применить краны из-за недостаточных грузовысотных характеристик или стесненных условий монтажной площадки, используют мачтовые подъемники (мачты, порталы, шевры).

В элементах конструкции подъемных приспособлений и в их такелажной оснастке возникают весьма значительные нагрузки.

От умения правильно составить соответствующую расчетную схему и определить действующие нагрузки зависят правильность подбора необходимого оборудования, безопасность и надежность проводимых методов монтажа.

В приведенных ниже примерах рассмотрены наиболее распространенные схемы подъема колонного оборудования и правила расчета возникающих нагрузок.

Монтаж мачтами производится с применением следующих основных методов: метода скольжения с отрывом от земли с оттяжкой низа аппарата или без оттяжки; методом скольжения без отрыва от земли с подтаскиванием низа аппарата при заводке на фундамент; методом поворота вокруг шарнира. Различие методов обусловлено разным характером передвижения аппарата в процессе подъема из горизонтального положения в вертикальное.

П р и м е р 1.1. Рассчитать такелажную оснастку для подъема колонного аппарата методом скольжения с отрывом низа аппарата от земли двумя вертикальными мачтами.

Исходные данные. Вес колонны Р = 0,8 МН; вес мачты Р_м = 0,05 МН; вес грузовых полиспастов Р_гп=4 кН; усилие предварительного натяжения ванты S₁ — 10 кН; число вант На одной мачте n= 4; длина мачты =50 м; высота колонны Н= 42 м; расстояние центра массы колонны от основания _цм =18 м; диаметр колонны D=2 м; расстояние от оси мачты до якоря задней ванты а = 50 м; расстояние между осями мачт b = 4 м; расстояние от оси мачты до якоря боковой ванты g = 50 м; расстояние по горизонтали от оси мачты до центра массы аппарата в момент отрыва d=20 м; длина тормозной оттяжки =40 м; расстояние по вертикали от уровня земли до центра массы аппарата в момент отрыва h = 15 м; кратность полиспаста m = 8; коэффициент динамичности к_а =1,1. Расчетная схема приведена на рис. 1.1.

Р и с. 1.1. Расчетная схема определения усилий в двух мачтах при подъеме груза с оттяжкой

Предварительно определим:

♦ длину задней ванты

=70,711 м;

♦ расстояние по вертикали от оголовка мачты до точки пересечения осей грузовых полиспастов, оттяжки и центра массы груза

♦ длину боковой ванты

Далее последовательно вычисляем:

♦ расчетное усилие для полиспастов и вант

♦ вертикальную составляющую, обусловленную усилием предварительного натяжения,

♦ суммарную составляющую усилий в грузовых полиспастах

♦ усилия в грузовых полиспастах при симметричном подвесе груза относительно осей мачты

♦ горизонтальную Q₃ и вертикальную Q₄ составляющие, обусловленные усилиями в полиспасте Т и Т₁ действующих в плоскости полиспаста:

♦ усилие в задней ванте

♦ усилие в боковой ванте

¨ вертикальные составляющие и соответственно усилий и , действующие по оси мачты:

♦ суммарное усилие от веса груза, действующее на оголовок мачты

♦ усилие в тормозной оттяжке

♦ суммарное усилие в середине мачты

Усилие в сбегающей нитке грузового полиспаста, идущей на лебедку, определяется как

Где h— КПД одного ролика в блоке (h= 0,96 при установке ростков на подшипниках скольжения; h= 0,98 при установке ролика на подшипниках качения).

Суммарное усилие на основание мачты составит

1.2. Расчет такелажной оснастки при подъеме аппарата мачтами методом поворота вокруг шарнира

Применение этого метода подъема рекомендуется в том случае, когда высота мачт превышает высоту поднимаемого оборудования. Возможны два варианта взаимного расположения мачт и поднимаемого оборудования.

Первый вариант. Мачты устанавливаются за поворотным шарниром (рис. 1.2, а). При этом оборудование поднимается до нейтрального положения в один этап и далее с помощью тормозной оттяжки плавно опускается на фундамент в проектное вертикальное положение под действием собственной силы тяжести.

Второй вариант. Мачты устанавливаются между поворотным шарниром и центром массы поднимаемого аппарата (рис. 1.2, б). В этом случае оборудование поднимается в два лапа вначале с помощью мачт на максимально возможный угол, а затем дотягивающей системой до положения неустойчивого равновесия и, наконец, опускается в проектное положение тормозной оттяжкой. В этом варианте нагрузки на мачты, полиспасты и рабочие ванты меньше, чем в первом варианте.

а б

Рис. 1.2. Расчетная схема подъема аппарата методом поворота вокруг шарнира:

а — мачта установлена за поворотным шарниром; 6 — мачта установлена между поворотным шарниром и центром масс (цм) аппарата

Пример 1.2. Рассчитать такелажную оснастку для подъема колонного аппарата методом поворота вокруг шарнира двумя вертикальными мачтами.

Исходные данные. Вес колонны Р= 0,4 МН; диаметр колонны D = 1,2 м; расстояние центра массы колонны от ее основания = 15 м; высота мачты Н=25 м; расстояние от оси шарнира до оси мачты = 8 м; расстояние от места строповки аппарата до его основания = 22 м; расстояние от мачты до якоря ванты = 25 м; высота фундамента =1,0 м; длина аппарата Lап = 45 м; вес мачты Pм= 15 кН; расстояние от оси шарнира до точки крепления тормозной оттяжки = 25 м; угол между тормозной оттяжкой и горизонталью =45°; усилие предвари¬тельного натяжения вант δ = 10 кН; КПД одногр ролика в блоке h= 0,975; кратность полиспаста m = 5.

Предварительно определим:

♦ расстояние между шарниром и центром массы аппарата

♦ угол между образующей аппарата и линией, соединяющей шарнир с его центром масс,

♦ угол между мачтой и грузовым полиспастом: установка мачты по первому варианту

установка мачты по второму варианту

Угол между мачтой и вантой определяется графически по расчетной схеме или по формуле

Расчетные усилия в грузовом полиспасте находятся в начальный момент подъема при j=0°:

♦ при установке мачт по первому варианту

При одиночной мачте

При парных мачтах

♦ при установке мачт по второму варианту

При одиночной мачте

При парных мачтах

где= 1,1- коэффициент перегрузки, учитывающий возможное отклонение фактической нагрузки от нормативного значения вследствие неточного определения центра массы аппарата и из¬менчивости нагрузки; = 1,1 - коэффициент динамичности, учитывающий повышение нагрузки на такелажную оснастку вследствие изменений скорости подъема или опускания груза; — коэффициент неравномерности нагрузки на такелажные эле¬менты с использованием спаренных мачт (, = 1,1 при использо¬вании балансирных устройств; = 1,2 в отсутствие балансирных устройств).

По усилию рассчитывают грузовой полиспаст, т.е. подбирают полиспастные блоки, определяют диаметр роликов в блоке и их число, находят усилие в сбегающем конце полиспаста, по которому подбирают лебедку, подсчитывают диаметр и длину каната

для оснастки полиспаста, а также подбирают тип и диаметр каната для гибкого стропа.

Усилие в задней ванте независимо от места расположения мачт определяется как

расчет выполнен для двух мачт, установленных по схеме на рис. 1.2, б.

По усилию подбирают тип и диаметр каната для задней ванты и рассчитывают для нее якорь, т.е. определяют вес якоря или усилия в анкерных болтах и проверяют устойчивость якоря про¬тив горизонтального сдвига и опрокидывания.

По усилию в тормозной оттяжке:

рассчитывают трос для тормозной оттяжки и подбирают лебедку.

По суммарному усилию, действующему по оси мачты,

где = 10—30 кН — усилие предварительного натяжения вант; п — число вант мачты, кроме рабочей (задней);

усилие в сбегающей ветви полиспаста, проверяют прочность и устойчивость мачты на сжатие.

При установке мачт по второму варианту рассчитывают дотягивающую систему для подъема аппарата мачтами на втором этапе от угла подъема до положения неустойчивого равновесия. С этой целью определяют максимальное усилие F, задаваясь углом наклона а дотягивающей системы к горизонту. При F< 147 кН подбирают лебедку или трактор и рассчитывают дотягивающий трос; при F > 147 кН рассчитывают дотягивающий полиспаст и якорь для него.

1.3. Расчет такелажной оснастки при подъеме аппарата порталом (безъякорный метод)

Преимуществами безъякорного метода подъема можно назвать: отсутствие вант и якорей к ним; незначительное превышение габаритов монтажной площадки по сравнению с габаритами поднимаемого аппарата, что весьма важно при монтаже в стесненных условиях; отсутствие необходимости поднимать и устанавливать в рабочее положение мачтовые подъемники с помощью дополнительных кранов или такелажных средств; отсутствие горизонтальных монтажных нагрузок на фундамент. К недостаткам данного метода подъема можно отнести: чувствительность системы к осадке опор портала; необходимость сооружения фундамента под опорные стойки портала при монтаже аппаратов свыше 250 т в связи с большими усилиями, возникающими в опорно-поворотном шарнире.

Расчетная схема безъякорного метода представлена на рис. 8.3.

Рис. 8.3. Расчетная схема определения усилий в элементах такелажной оснастки: а — в начальный момент подъема портала; 6 — в начальный момент подъема

Пример 8.3. Определить усилия в элементах такелажной оснастки в случае подъема колонного аппарата порталом.

Исходные данные. Вес поднимаемого аппарата Р=1 МН; вес портала =60 кН; расстояние по оси аппарата от eго шарнира до центра массы = 9 м; расстояние по оси портала от его шарнира до центра массы портала = 30 м; длина портала = 35 м; расстояние по вертикали между точкой строповки аппарата и шарниром портала в исходном положении h = 2,5 м; высота фундамента под аппарат над шарниром портала = 1 м; расстояние по оси аппарата между центром массы его и монтажными штуцерами = 7 м; расстояние между вертикальной осью, проходящей через башмак (шарнир) портала, и, точкой строповки аппарата в исходном положении перед подъемом a = 2 м; расстояние от шарнира аппарата до его центра массы по ширине аппарата r= 1,3 м.

Предварительно определим:

♦ расстояние по вертикали от образующей аппарата до точки строповки

♦ расстояние между шарнирами аппарата и портала

♦ угол между образующей'аппарата и линией, соединяющей его шарнир с точкой строповки, в исходном положении

♦ угол между нижней образующей аппарата и линией, соединя¬ющей его шарнир с точкой центра масс, в исходном положении

Далее определяем угол наклона:

♦ портала в начальный момент подъема аппарата в случае а = 0

♦ аппарата к горизонту в момент неустойчивого равновесия системы аппарат-портал

Усилие в грузовых полиспастах в начальный момент подъема портала, когда = 0°, = 0° и = 0:

Усилие в грузовых полиспастах для любого положения портала 0°(аппарат находится в горизонтальном положе¬нии, т.е. = 0°) находится из выражения

, град.		2,967	5,935	8,902	11,870	14,837	17,805	20,772	23,740	26,707	29,674
Q, МН	0,681	0,707	0,737	0,769	0,806	0,848	0,896	0,953	1,022	1,106	1,211
L, м	33,095	32,960	32,831	32,709	32,592	32,482	32,380	32,284	32,197	32,118	32,046

где =cos, = sin— проекции длины портала на горизонтальную и вертикальную плоскости.

Результаты расчета Q, выполненного при а = 2 м, приведены в табл. 1.1, где также даны результаты расчета длины полиспаста по мере самоподьема портала

Таблица 1.1. Усилие в грузовых полиспастах и его длина при самоподъеме портала

Угол подъема портала при некотором угле наклона аппарата (0° 90°), когда система аппарат—портал находится в равновесии (так называемый равновесный угол подъёма портала на второй стадии подъема), находится из соотношения

— угол, определяющий положение центра масс в наклонном положении аппарата; — угол, определяющий положение точки строповки в наклонном положении аппарата.

Приведенное уравнение решается относительно методом последовательных приближений. Результаты решения представлены в табл. 1.2, откуда следует, что в начальный момент подъема при = 0° угол подъема портала составит = 29,674°, что существенно отличается от угла подъема 44,986°, найденного при условии а=0. По мере подъема аппарата одновременно увеличивается и угол подъема портала , достигая своего максимального значения около 57°. При дальнейшем подъеме аппарата портал начина¬ет опускаться. Когда аппарат попадает в зону неустойчивого равновесия = 83,866°, портал не работает, поэтому должен подключаться механизм тормозной оттяжки.

, град.
, град.	29,674	47,867	55,686	57,186	53,005	48,932	42,875	27,850
град.	27,561	44,894	52,571	53,725	51,684	47,597	41,249	30,122	-1,148
Q₁, МН	1,211	0,665	0,534	0,462	0,397	0,328	0.253	0,171
L, м	32,046	29,712	27,122	24,578	22,111	19,744	17,536	15,696

Таблица 1.2. Результаты расчета системы портал-аппарат при подъеме аппарата

Усилие в грузовых полиспастах при любом угле подъема аппарата составит

где

Результаты решения приведены в табл. 1.2, где также даны результаты расчета длины полиспаста при подъеме аппарата