Грузозахватные приспособления

    В укороченных подвесках (рисунок 2.4.3, б) блоки полиспаста размещают на удлиненных цапфах траверсы. Укороченная крюковая подвеска позволяет осуществить подъем груза на несколько большую высоту, но ее можно применять только при четной кратности полиспаста. Траверсу изготовляют из сталей 40 или 45 и рассчитывают на изгиб по среднему опасному сечению. Запас прочности по пределу текучести, учитывая сложную конфигурацию траверсы, принимают n ≥ 3. Цапфы траверсы рассчитывают также на изгиб и проверяют по давлению между цапфой и щекой. Допускаемое давление не должно превышать 35 МПа во избежание задира поверхности при повороте траверсы. Для предохранения от выхода каната из ручья блоков крюковой подвески, а также блоков грузовых и стреловых полиспастов предусмотрены специальные кожухи, изготовленные из листовой стали толщиной не менее 3 мм (рисунок 2.4.4). Радиальный зазор между ребордами блока и кожухом не должен быть более 0,2d, где d - диаметр каната. Кожухи крюковых подвесок имеют прорези для прохода каната, их ширину и длину выбирают так, чтобы исключить трение каната о кожух.

    

    Рисунок 2.4.4 – Установка ограждения на канатном блоке

    Кроме грузовых крюков применяют цельнокованные (рисунок 2.4.5,а) и составные (рисунок 2.4.5, б) грузовые петли. Форма и размер петель не стандартизованы, и поэтому петли необходимо рассчитывать на прочность. При этом цельнокованые петли рассчитывают как жесткую раму (статически неопределимая система), а составные петли - как шарнирные системы; в последнем случае тяги проверяют на растяжение, поперечину - на изгиб и сжатие как криволинейную двухопорную балку. Шарниры составной петли проверяют на смятие и на изгиб осей. При проверке смятия на внутренней поверхности отверстия по формуле Лямэ допускаемое напряжение не должно превышать 100 МПа. Допускаемое напряжение от изгиба при изготовлении поперечины петли из низкоуглеродистых сталей (стали 20, СтЗ) определяют при запасе прочности n = 2,5...3.  Петли имеют меньшие размеры и массу, чем крюки, рассчитанные на ту же грузоподъемность, так как в сечениях петель действуют меньшие изгибающие моменты. Но в эксплуатации петли менее удобны: стропы приходится продевать в отверстие петли.

    

    Рисунок 2.4.5 – Грузовые петли 

    Для обвязки груза при его прикреплении к крюку грузоподъемной машины применяют различные виды стропов (рисунок 2.4.6), изготовляемых, как правило, из стальных канатов или сварных цепей. Стропы из пеньковых или хлопчатобумажных канатов применяют для подъема груза массой не более 0,5 т. Во избежание повреждения транспортируемого изделия стропы из стальных канатов иногда покрывают пленкой из пластмассы или резины. Стропы следует накладывать на груз без узлов и петель: на острые ребра груза подкладывают специальные подкладки, предохраняющие стропы от перетирания и излома [3].

    

    Рисунок 2.4.6 – Захват грузов стропами 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    3 Методика расчета и выбора стальных канатов и барабанов 

    Процедура проектирования механической конструкции  предусматривает определение основных геометрических размеров, кинематических, силовых и энергетических параметров, выбор материалов и т.д. По расчётным  размерам в соответствии с правилами  конструирования конструкция вычерчивается  в целом и поэлементно, после  чего отдельные ее детали могут быть подвергнуты дополнительному анализу  с целью изменения и уточнения  их характеристик.

    Совершенство  конструкции, её надёжность, механические, энергетические, прочностные и другие характеристики закладываются на этапе  конструирования. Таким образом, от принятия правильных конструкторских  решений во многом зависит качество работы и конкурентоспособность  создаваемого механического оборудования.

    Современное механическое оборудование состоит  из нескольких десятков, сотен, а иногда и тысяч отдельных деталей. Каждая из них работает в определенных условиях внешнего нагружения, при определенном температурном режиме, определенным образом взаимодействует с другими  деталями. Выполнять все необходимые  расчеты такого большого числа деталей  экономически не оправдано, а потому в качестве объекта всестороннего  исследования выбирают наиболее нагруженные  детали, которые являются самыми опасными с точки зрения выхода из строя  как самих этих деталей, так и  конструкции в целом.

    Выходные  характеристики механического оборудования задаются в виде набора условий и  ограничений, которым это оборудование должно удовлетворять. Такие условия  и определяют критерии, по которым  будет выполнен расчет проектируемой  конструкции. Под  критерием понимается условие, выполнение которого приводит к выходу из строя оборудования либо к получению выходных параметров, отличных от предусмотренных заданием на проектирование [1].

    В процессе работы каната, являющегося сложным телом, его отдельные проволоки испытывают различные напряжения - смятия, растяжения, изгиба и кручения. При огибании блока распределение напряжений значительно усложняется. При каждом огибании в канате появляются дополнительные контактные напряжения смятия в местах соприкосновения наружных проволок с поверхностью ручья. В результате пульсирующего характера этих дополнительных напряжений после некоторого числа изгибов происходит усталостное разрушение сначала наружных, а затем и внутренних проволок. Кроме того, при сгибании и разгибании каната на блоках и барабане пряди каната сдвигаются одна относительно другой, что приводит к истиранию проволок в местах контакта прядей.

    Особенно  интенсивно процесс истирания проходит при наличии в окружающей среде абразивной пыли или примесей, способствующих коррозии проволок. Необходимо также иметь в виду, что перегибы каната в различном направлении вызывают появление знакопеременных напряжений и резкое увеличение усталости металла, что существенно отражается на долговечности каната (примерно в два раза). Для увеличения долговечности следует уменьшать число направляющих блоков и по возможности избегать перегибов каната в противоположных направлениях. С увеличением диаметра блока и барабана изгибающие и контактные напряжения и сдвиг прядей уменьшаются, а это приводит к снижению контактных напряжений и силы трения между прядями. Однако необходимость применения барабанов больших диаметров приводит к увеличению передаточного числа редуктора и общей массы машины.

      Значения напряжений, возникающих в проволоках, зависят от многих факторов: силы натяжения, конструкции и диаметра каната (диаметров проволок, входящих в канат, числа прядей, углов наклона прядей и проволок в прядях, материала сердечника, типа и качества свивки), наличия трения между отдельными проволоками и прядями, размеров и конструкции блоков и барабана, огибаемых канатом, и т.п. Установить общую математическую зависимость прочности каната от всех факторов, влияющих на напряженное состояние проволок в канате, практически невозможно. Многочисленные исследования позволили выявить основные факторы, определяющие предельное число перегибов каната до разрушения проволок. Этими факторами являются максимальное натяжение каната и отношение блока или барабана к диаметру каната, определяющее напряжение изгиба проволок. В зависимости от этих факторов проводится выбор и проверка прочности и долговечности канатов в соответствии с требованиями международного стандарта ИСО 4308, принятого за основу при разработке норм Госгортехнадзора России. В соответствии с этими нормами канат выбирается из сортамента канатов по соотношению

                                                                                                    (1)

где - максимальная рабочая нагрузка ветви каната, определяемая при подъеме номинального груза с учетом потерь на блоках полиспаста и на обводных блоках, но без учета динамической нагрузки;

      - коэффициент использования канатов (коэффициент запаса прочности), т.е. отношение разрушающей нагрузки каната к максимальной рабочей нагрузке на канат, принимаемый по нормам Госгортехнадзора России, в зависимости от того, является канат подвижным или неподвижным в процессе работы и от группы режима работы механизма (таблица 3.1); - разрывная нагрузка каната в целом. Эта величина стандартизована для различных конструкций канаты, диаметров и пределов прочности материала проволок. Отметим, что вследствие сложного характера распределения напряжений в проволоках каната общая разрывная нагрузка (агрегатная прочность) всегда меньше суммарной прочности входящих в него проволок. Обычно = 0,82...0,85 суммарной прочности проволок. 
 
 

Таблица 3.1 – Минимальные коэффициенты использования  канатов 

Группа  классификации режима работы механизма		Подвижные канаты	Неподвижные канаты
по  ИСО 4301/1	по ГОСТ 25835-83
М1	1М	3,15	2,5
М2	1М	3,35	2,5
М3	1М	3,55	3,0
М4	2М	4,0	3,5
М5	3М	4,5	4,0
М6	4М	5,6	4,5
М7	5М	7,1	5,0
М8	6М	9,0	5,0

 

    Тяговые канаты механизмов передвижения тележек  следует проверять также в соответствии с уравнением (1) по разрывному усилию каната при действии максимального рабочего усилия ,а также при действии - максимального натяжения каната, определенного с учетом динамических явлений при пуске тележки и при действии при ударе тележки о концевые буферные упоры. Наименьшие значения коэффициентов запаса прочности для этих случаев принимают по таблице 3.2.

Таблица 3.2 – Значения коэффициентов запаса прочности

Режим работы механизма	Коэффициенты  запаса прочности:
	при действии	при действии и
1М	4,0	2,0
2М	4,0	2,0
3М	4,5	2,25
4М	5,0	2,25
5М	5,5	2,5
6М	6,0	2,5

 

    Максимальное  натяжение каната при пуске

                                              (2)

где - расчетный пусковой момент электродвигателя привода, приведенный к тяговому барабану;

            - диаметр барабана тяговой лебедки по средней линии навитого каната;

            -расчетное начальное натяжение тягового каната, определяемое допустимой величиной провисания.

    Максимальное  натяжение каната при ударе тележки  о концевые буферные упоры

                                (3)

где - суммарная масса ротора двигателя, тормозного шкива и муфты, приведенная к тяговому канату:

                                        (4)

здесь ∑ - суммарный момент инерции указанных элементов механизма; и - передаточное число механизма;

          - КПД механизма;

          _T - максимальная скорость тележки в момент удара о концевые буферные упоры;

          - эквивалентная суммарная жесткость буфера и участка каната, нагруженного тяговым усилием.

    Диаметр D барабана и блока, измеренный по дну канавки или ручья блока, следует принимать по нормальному ряду размеров: 160, 200, 250, 320, 400, 450, 560, 630, 710, 800, 900 и 1000 мм.

    Для ограничения в канатах напряжений от изгиба минимальные диаметры барабанов и блоков, огибаемых канатом в грузоподъемных кранах, определяют в соответствии с нормами Госгортехнадзора России по следующим зависимостям:

                              D₁ ≥ h₁ d ; D₂ ≥ h₂ d и D₃ ≥ h₃ d,                                  (5)

где d- диаметр каната;

       D₁, D₂ и D₃ - соответственно диаметры барабана, блока и уравнительного блока по средней линии навитого каната;

       h₁, h₂ и h₃ - коэффициент выбора соответственно диаметров барабана, блока и уравнительного блока, принимаемые по нормам Госгортехнадзора (таблица 3.3).

Таблица 3.3 – Коэффициенты выбора диаметров  барабана (h₁), блока (h₂) и уравнительного блока (h₃)