Выбор такелажной оснастки

Классификации грузоподъемных механизмов. Класс использования механизма характеризуется предполагаемой общей продолжительностью эксплуатации (в часах) и номинальными классами (табл. 1.4).

Максимальную общую продолжительность эксплуатации можно получить исходя из предполагаемого среднего суточного времени использования (в часах), числа рабочих дней в году и ожидаемого срока службы (в годах).

 

 

Таблица 1.4. Класс использования механизмов

Класс исполь­зования	Общая продолжитель­ность испытания, ч	Примечание
' Т0		Нерегулярное использование
т,
Т2
Т3
Т4		Регулярное использование в лег­ких условиях
Т5		Регулярное использование с пере­рывами
Тб	12 500	Регулярное интенсивное исполь­зование
Т7	25 000	Интенсивное использование
Т8
Т9

 

Для классификации условились под временем работы механизма понимать время, в течение которого данный механизм находится в движении.

Таблица 1.5. Номинальные режимы нагружения

Режим нагружения	Примечание
Обозначение	Определение
L1	Легкий	Механизмы, подвергаемые действию малых на­грузок регулярно, наибольших нагрузок — редко
L2	Умеренный	Механизмы, подвергаемые действию умерен­ных нагрузок регулярно, наибольших нагру­зок — довольно часто
L3	Тяжелый	Механизмы, подвергаемые действию больших на­грузок регулярно, наибольших нагрузок - часто
L4	Весьма тяже­лый	Механизмы, подвергаемые действию наиболь­ших нагрузок регулярно

 

Значения общей продолжительности использования механизмов следует понимать только как теоретические, условно принятые и служащие исходными данными при проектировании деталей механизмов, для которых время использования является критерием выбора данной детали (например, шариковых подншпников, зубчатых колес и валов). Они не могут рассматриваться как гарантированные значения.

Режим нагружения определяет относительную длительность, когда механизм подвергается действию максимальной или пониженной нагрузки. В табл. 1.5 приведены номинальные режимы нагружения.

Группы классификации механизма в целом. Установив класс использования и режим нагружения, по табл. 1.6 определяют группу классификации данного механизма.

Таблица 1.6. Группы классификации (режима) механизма в целом

Режим нагружения	Класс использования
Обозначе-ние	Определение	Т0	т,	т2	т3	т4	т5	т6	т7	т8	т9
L1	Легкий			Ml	М2	М3	М4	М5	Мб	М7	М8
L2	Умеренный		Ml	М2	М3	М4	М5	Мб	М7	М8
L3	Тяжелый	Ml	М2.	М3	М4	М5	Мб	М7	М8
L4	Весьма тяжелый	М2	М3	М4	М5	Мб	М7	М8

 

Выбор каната, блоков, полиспаста. Канаты предназначены для подъема, опускания, удерживания и перетягивания груза, т.е. выступают в качестве гибких тяговых элементов, и бывают пеньковые, хлопчатобумажные, синтетические и стальные.

В грузоподъемных машинах в основном применяются стальные канаты из высокопрочной стальной проволоки диаметром 0,2—3 мм высшей (В), первой (I) и второй (II) марок с временным сопротивлением разрыву _вр = 1400—2000 МПа.

Для кранов, работающих в сухих помещениях, рекомендуется использовать канаты из «светлых» (не покрытых другими металлами) проволок, а для кранов, работающих в сырых помещениях и на открытых площадках, - из оцинкованных проволок. Последние являются коррозионно-стойкими, но прочность их снижается на 10 % и, кроме того, они слабо сопротивляются действию кислот.

По числу переходов канаты для грузоподъемных машин бывают одинарной и двойной свивки (рис. 1.5). Канат одинарной свивки состоит из проволок, свитых в одну прядь. В канатах двойной свивки проволки сначала свиваются в пряди (стренги), которые затем свиваются в канат вокруг центрального сердечника.

 

 

Сердечники могут быть пеньковые, асбестовые, металлические или синтетические. Пеньковые сердечники пропитываются смазкой, которая, выдавливаясь в процессе работы, смазывает канат, что увеличивает срок его службы. Асбестовые сердечники используют в канатах при работе крана в горячих цехах, а металлические или синтетические — при многослойной навивке каната на барабан.

 

В зависимости от касания проволок по слоям их намотки в прядях различают канаты с линейным касанием (ЛK), точечным касанием (ТК) и точечно-линейным (TЛK). В канате типа ЛK углы навивки проволок в различных слоях совпадают, в канатах типа ТК — не совпадают, типа TJIK — чередуются. В грузоподъемных машинах предпочтение отдается использованию канатов типов ЛK и TЛK, более гибким и примерно в 1,5—1,8 раза более долговечным, чем типа ТК.

Канаты ЛK бывают нескольких разновидностей:

♦ ЛK-0 — из проволок одинакового диаметра в наружном слое пряди;

♦ ЛK-Р - из проволок разных диаметров в наружном слое пряди;

♦ ЛК-РО — из проволок одинакового и разного диаметра в отдельных слоях;

♦ ЛK3 - канаты, в которых между слоями проволок размещены за-полняющие проволоки меньшего диаметра.

В обозначениях каната присутствуют буквы, указывающие на их тип, а также другие показатели. Например, в обозначении каната типа ЛК-РО 6x36 [1+7+7/7+14]+1 о.с. цифра «6» — число прядей; «36» — число проволок в одной пряди; цифры в квадратных скобках - число слоев в пряди и проволок в соответствующем слое; «1 о.с.» указывает на то, что имеется один органический сердечник.

 

Необходимо обоснованно выбрать тип и типоразмер для проектируемого механизма, изучив устройство и особенности канатов и учитывая, что на долговечность каната существенное влияние оказывают конструктивные, технологические и эксплуатационные факторы. Характеристики некоторых типов канатов приведены в табл. 1.7.

Типоразмер каната определяется его диаметром и выбирается по справочникам в зависимости от разрывного усилия:

S_pKS_max, (1.1)

Где S_p — расчетное разрывное усилие каната; К— наименьший коэффициент запаса прочности, регламентируемый Правилами Ростехнадзора (табл. 1.8); S_max— максимальное рабочее натяжение ветви каната, навиваемой на барабан.

 

Таблица 1.8. Коэффициент запаса прочности каната

Группа режима	Минимальное значение К
Подвижные канаты	Неподвижные канаты
M1	3,15-3,55	2,5т-3,0
М2	4,0	3,5
М3	4,5	4,0
М4	5,6	4,5
М5	7,1	5,0
М6	9,0	5,0

 

Полиспастом называют совокупность подвижных и неподвижных блоков, огибаемых гибким органом, обеспечивающую выигрыш в силе или скорости. В зависимости от этого они делятся на силовые и скоростные.

Силовые полиспасты получили наибольшее распространение в грузоподъемных машинах. Они обеспечивают;

♦ ослабление усилия в канатах, что позволяет уменьшать диаметры канатов, блоков и барабана;

♦ уменьшение статического момента, создаваемого грузом на барабане;

♦ снижение требуемого передаточного числа редуктора, что повышает его компактность;

♦ уменьшение динамических нагрузок и демпфирование механических колебаний в приводе за счет стального проволочного каната.

 

 

Силовые полиспасты разделяются на два типа:

 

♦ одинарные полиспасты — один конец каната закрепляют на барабане, а другой — на крюковой подвеске или металлоконструкции крана. При наматывании или сматывании каната усилие его натяжения смещается вдоль продольной оси барабана, вызывая не-желательные изменения нагрузки на его опоры. Кроме того, в одинарных полиспастах не обеспечивается строго вертикальный подъем груза и возможно закручивание крюковой подвески;

 

♦ сдвоенные полиспасты — оба конца каната закрепляются на барабане, имеющем правую и левую нарезки. При подъеме и опускании груза одновременно наматываются или сматываются оба конца каната, благодаря чему достигается равномерность нагрузки на опоры барабана и металлоконструкцию. Однако при сдвоенных полиспастах требуется вдвое большая длина каната. Такие полиспасты находят применение для механизмов, расположенных на грузовых тележках (козловые, мостовые и консольные краны).

 

Основными характеристиками полиспаста являются кратность и КПД.

Кратностью полиспаста называют отношение числа ветвей, на которых висит груз, к числу ветвей, наматываемых на барабан. Кратность полиспаста указывает на выигрыш в силе (для силовых полиспастов) или в скорости (для скоростных полиспастов).

Максимальное натяжение зависит от кратности полиспаста _пол и для механизма подъема груза определяется по формуле

 

(1.2)

 

 

Где G_гр - вес поднимаемого груза, Н; G_под — вес грузозахватного органа, Н; _пол— КПД полиспаста; а — число ветвей каната, навиваемых на барабан. В предварительных расчетах _пол можно принять по табл. 1.9.

 

 

Таблица 1.9. Кратность полиспаста

Характер навивки на барабан	Тип поли­спаста	пол при грузоподъемности, т
До 1	2-6	10-15	20-30	40-50
Непосред­- ственный	Одинарный		2-3	3; 4	4-6	-
Сдвоенный			2; 3	3; 4	4; 5
Через направля­ющие блоки	Одинарный	1; 2	2; 3	3; 4	5; 6	-
Сдвоенный	-		2; 3	3; 4	-

 

КПД полиспаста определяется как отношение полезной работы к затраченной, т.е. характеризует потери при работе полиспаста на изгиб каната на блоках и на трение в их осях, и находится из выражения

где _бл— КПД блока, причем для блоков на подшипниках качения можно принять _бл = 0,97—0,98, а на подшипниках скольжения _бл = 0,94-0,96.

Для случая, когда ветвь каната, идущая на барабан, проходит через z направляющих блоков, учитываются потери и на этих блоках, тогда КПД полиспаста определится по формуле

Для сокращения инженерных расчетов при проектировании грузоподъемного механизма рекомендуется принимать _пол по табл. 1.10, а - по табл. 1.11.

Таблица 1.10. КПД полиспаста _пол

пол			Кратность полиспаста
0,96	0,98	0,96	0,94	0,92	0,90	0,96	0,82	0,78
0,98	0,99	0,98	0,97	0,96	0,95	0,93	0,91	0,89

Таблица 1.11. КПД направляющих блоков

бл	Число блоков z
0,96	0,92	0,88	0,85	0,81	0,78	0,75	0,69
0,98	0.96	0.94	0,92	0,90	0,88	0,87	0,85

 

При расчете механизма подъема груза кратность полиспаста в зависимости от грузоподъемности и типа можно принять по табл. 1.9, а КПД — по табл. 1.10.

Блоки — элементы грузоподъемных машин, предназначенные для изменения направления гибкого органа.

Блоки бывают подвижные, ось которых перемещается в пространстве, и неподвижные — с осью, закрепленной на металлоконструкции крана.

Профиль обода канатных блоков, за исключением приводных, принимают с таким расчетом, чтобы не было излишних зазоров между стенками и канатом, но в то же время не происходило бы заклинивания каната. Оптимальный радиус канавки r= 0,53 d_к (d_к - диаметр каната).

По назначению блоки делятся на направляющие, уравнительные и поддерживающие.

В направляющих блоках высоту реборд принимают равной 2 d_к. Однако для концевых блоков стреловых кранов рекомендуется увеличивать высоту реборд до (5—6) d_к, что значительно снижает вероятность схода каната с блока. Диаметр направляющих блоков по средней линии навиваемого каната выбирают по соотношению

D_блd_кk, (1.5)

где D_бл — диаметр блока по средней линии навиваемого каната; к — коэффициент, зависящий от выбора диаметра блока (табл. 1.12).

Таблица 1.12. Коэффициент выбора диаметра блоков

Тип машины	Режим работы	Значение к
Грузоподъемные машины всех типов, за исключением стреловых лебедок и элек- троталей	M1, М2, М3, М4, М5, М6	16,18,20, 22,4 , 25 28
Стреловые краны, лебедки, электротали	М1-М6

 

 

Окончательный диаметр блока следует принимать из нормального ряда размеров: 160, 200, 250, 320, 400, 450, 560, 630, 710, 800, 900 и 1000 мм.

Уравнительные блоки применяют в механизмах со сдвоенными полиспастами для выравнивания в их ветвях нагрузок и длин канатов. Эти блоки не вращаются, а поворачиваются на небольшой угол, поэтому их диаметр рекомендуется принимать на 20 % меньше диаметра направляющих блоков.

Поддерживающие блоки устанавливают на прямолинейных длинных трассах каната. Характерной их особенностью является малый угол охвата канатом. Диаметр поддерживающих блоков принимают в пределах (8—10) d_к.

Приводные блоки предназначены для передачи окружных усилий. Канавки этих блоков могут быть полукруглыми, а диаметр принимается из соотношения D_бл > (0—80) d_к.

Крюковые подвески служат для соединения грузозахватного органах канатом.

Грузозахватные органы предназначены для захвата (застропки), надежного удержания, ориентирования и освобождения (отстропки) грузов при производстве погрузочно-разгрузочных операций.

Время, затрачиваемое на застропку и отстропку груза, составляет от 20 до 80 % общей продолжительности цикла работы крана. Поэтому производительность кранов находится в прямой зависимости от конструктивных качеств захватных устройств и правильного их подбора к конкретному грузу и условиям работы. Весьма обстоятельно конструкции, особенности и расчет грузозахватных устройств даны в справочнике [1.5].

При одной ветви каната в качестве крюковой подвески используют крюки и петли с коушем или конической втулкой, посредством которых закрепляется канат. При нескольких ветвях каната применяют более сложные крюковые подвески — нормальные и укороченные, с однорогим и двурогим крюком [1.1, 1.4].

Укороченные подвески, имеющие меньшую высоту, применяют для одинарных и сдвоенных полиспастов с четной кратностью.

 

Таблица1.13. Технические характеристики монтажных электрических лебедок ЛМ2, ЛМЗ,2, JIM5, JIM8

Параметр	Лебедка ЛМ2	Лебедка ЛМ3.2	Лебедка ЛМ5	Лебедка ЛМ8
Номинальное тяговое усилие на канате, кН (кг)	20 (2000)	32(3200)	50 (5000)	80 (8000)
Канатоемкость барабана, м
Скорость навивки каната (на 1-м/последнем слое), м/с	0,3/0,45	0,28/0,38	0,18/0,26	0,22/0,26
Число слоев навивки			—
Диаметр каната, мм	13,5	17,5	22-22,5
Режим работы ПВ, %
Тип тормоза	ТГК-200	ТГК-200	ТГК-200
Мощность электродвигателя, кВт	8,5	11,0	15,0	—
Напряжение питания, В
Масса (без каната), кг
Габариты, мм: длина
ширина
высота

 

Таблица 1.14.Т ехнические характеристики монтажной электрической лебедки ТЭЛ5

Параметр	Значение
Тяговое усилие на канате, кН (кг)	55 (5000)
Канатоемкость барабана, м
Скорость навивки каната (на 1-м слое), м/с	0,28
Число слоев навивки
Диаметр каната, мм	22,5
Тип тормоза	ТГК-160
Мощность электродвигателя, кВт	4,3
Напряжение питания, В
Масса (без каната), кг
Габариты, мм:
длина
ширина
высота

Таблица 1.15. Технические характеристики электромеханической лебедки ЛЭМ 1,5-4

Параметр	Значение
Тяговое усилие на канате, т	1,5
Длина каната, м
Скорость навивки каната, м/мин:
на минимальном диаметре намотки
на максимальном диаметре намотки
Масса лебедки, кг:
без каната
с канатом
Габаритные размеры, мм	1215x540x490

 

Если в задании на проектирование механизма не указано, для перемещения каких грузов предназначен механизм, то можно выбирать любой тип подвески. Типоразмер крюковой подвески выбирается по справочнику [1.5] в зависимости от грузоподъемности и группы режима механизма.

Лебедки предназначены для производства подъемно-транспортных операций при строительных, монтажных и других работах, а также для комплектации подъемных устройств, буровых установок, мачтовых подъемников, бетономешалок различных типов и др. Лебедки не предназначены для подъема людей. Технические характеристики некоторых типов электрических лебедок приведены в табл. 1.13—1.15. Подбор лебедки производится по номинальному тяговому усилию в канате, наматываемом на барабан.

При расчете крепления лебедки определяют необходимый вес уравновешивающего груза на раме или усилие в анкерных болтах из условия грузовой устойчивости лебедки:

(1.6)

где К_y — коэффициент грузовой устойчивости; М_в — восстанавли¬вающий момент; М₀ — опрокидывающий момент.

Моменты определяют из условия, что опрокидывание лебедки происходит вокруг точки упора переднего элемента рамы в якорь:

где Q — усилие в канате, навиваемом на барабан лебедки; G₁ — вес лебедки; G₂ — усилие в анкерных болтах, или вес уравновешивающего груза; a — расстояние от центра массы лебедки до точки опрокидывания; b — расстояние от точки опрокидывания до места закрепления анкерных болтов или до центра тяжести уравновешивающего груза; h — расстояние от каната до точки опрокидывания.

После преобразования получим

(1.7)
Кроме того, необходимо рассчитать якорь лебедки на прочность и устойчивость против горизонтального смещения под действием сдвигающей силы

(1.8)

где F_Tp=G₁— сила трения рамы о грунт;= 0,3 — 0,5 — коэффициент трения рамы о грунт.

Пример 1.5. Рассчитать такелажную оснастку, предназначенную для подъема аппарата двумя мачтами методом поворота вокруг шарнира по условиям примера 8.2. Мачты установлены между поворотным шарниром и центром массы аппарата.

Исходные данные. Максимальные усилия в задней ванте мачты Q_в = 0,15 МН и грузовом полиспасте Q_п = 0,21 МН соответствуют началу подъема аппарата.

 

Исходя из класса использования и режима нагружения подъемного механизма, руководствуясь табл. 1.4—1.6, устанавливаем его классификационную группу — М2.

Выбор каната для задней ванты мачты производится по расчетному разрывному усилию, которое в соответствии с (1.1) равно

где К= 3,5 принимается по табл. 1.8 для неподвижного каната при режиме работы М2; S_max = Q_B принято равным максимальному усилию в задней ванте.

По табл. 1.7 подбираем канат двойной свивки типа JIK-P 6x19(1+6+6/6)+1 о.с. (ГОСТ 2688—80) диаметром d_к —16,5 мм, от носящийся к маркировочной группе 1960 Н/мм² с разрывным усилием не менее 166000 Н.

Нагрузка, приходящаяся на грузовой полиспаст, составляет 0,21 МН (21т). Сходящая с полиспаста ветвь каната через два направляющих блока (z - 2) непосредственно навивается на барабан лебедки. Руководствуясь табл. 1.9, принимаем к установке полиспаст одинарного типа с _пол = 5. В полиспасте используются ролики на шарикоподшипниках (_бл= 0,975).

Тогда КПД полиспаста по (1.4) составит

Максимальное натяжение при одной сходящей ветви каната (а = 1) полиспаста определяется по (1.2):

Выбор каната производится по расчетному разрывному уси¬лию, которое определяется по (1.1):

где К= 4,0 принимается по табл. 1.8 для подвижного каната при режиме работы М2; S_max принято равным максимальному усилию в сходящей ветви полиспаста.

По табл. 1.7 выбираем канат двойной свивки типа ЛК-Р 6х 19(1+6+6/6)+1 о.с. (ГОСТ 2688—80) диаметром — 18 мм, относящийся к маркировочной группе 1860 Н/мм2 с разрывным усилием не менее 189500 Н.

Диаметр направляющих блоков по средней линии навиваемо¬го каната выбирают из соотношения (1.5):

 

D_бл>d_Kk= 0,018-18 = 0,324 м. Принимаем блок диаметром 320 мм.

Выбор монтажной лебедки производится по номинальному тяговому усилию в канате, навиваемом на барабан лебедки. Данное усилие принимается равным максимальному натяжению сходящей ветви каната полиспаста, т.е. Q = S_max = 0,046 МН (46 кН).

По табл. 1.13 выбираем электролебедку монтажную JIM5: G₁ = = 35,5 кН; а = 0,645 м; b = 1,835 м; h = 0,73 м.

 

 

Определим расчетную нагрузку на фундаментные болты по (1.7):

при коэффициенте грузовой устойчивости К_у — 1,5.

Данная нагрузка воспринимается двумя фундаментными болтами. Приняв коэффициент неравномерности нагрузки равным 1,1, определяем расчетный внутренний диаметр резьбы болтов

где [] =230 МПа —допускаемое напряжение материала болта; С= 0,002 м — прибавка на коррозию.

К установке окончательно принимаем болты М24. Сдвигающая сила, действующая на якорь лебедки, находится по (1.8):

Вес якоря принимается равным (2—3)Nдля заглубленных якорей и до 5Nдля незаглубленных якорей.