Строительные машины и основы автоматизации

СПЕЦИАЛЬНЫЕ УЗЛЫ И ДЕТАЛИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН

1.4.1. КАНАТЫ, БЛОКИ, БАРАБАНЫ, ПОЛИСПАСТЫ

Канаты представляют собой гибкие грузовые и тяговые органы, предназначенные для передачи усилий при подъеме и перемещении грузов. Различают стальные проволочные и пеньковые канаты. В строительных машинах наибольшее распространение получили стальные канаты, обладающие высокой прочностью и надежностью в работе. По назначению стальные канаты делят на грузолюдские (ГЛ) и грузовые (Г). Их изготовляют из высокопрочной светлой или оцинкованной (группы С, Ж, ОЖ) проволоки диаметром 0,2...3 мм высшей (В), первой (I), второй (II) марок, предел прочности кото­рых при растяжении составляет 1200...2600 МПа. Канаты бывают одинарной (рис. 1.24, а), двойной (рис. 1.24, б) и тройной свивки. Канаты одинарной свивки изготовляют из отдельных проволок, сви­тых по спирали в пряди. Эти канаты применяют для расчалок и от­тяжек. Канаты двойной свивки получают навивкой на органический

(о. с.) или металлический (м. с.) сердечник предварительно свитых проволочных прядей. В канатах тройной свивки в качестве прядей используют канаты двойной свивки малого диаметра. Органические сердечники канатов изготовляют из пеньки, реже из синтетических материалов. Канаты с органическим сердечником отличаются гиб­костью и лучше удерживают смазку. Канаты со стальным сердечни­ком используют при резко меняющейся нагрузке, в условиях высо­ких температур и при многослойной навивке каната на барабан (под воздействием нагрузки от вышележащих витков канат не под­вергается сплющиванию). Количество проволок в пряди и прядей в канате, так же как число проволок в слое и число слоев (от одного до трех), может быть различным.

Направление свивки проволок в прядях и прядей в канате быва­ет левое (JT) и правое (не обозначается). Если проволоки в пряди и пряди в канате имеют одно направление свивки, то такая конструк­ция называется канатом односторонней свивки (0) (рис. 1.24, б). Эти канаты более гибкие, меньше изнашиваются, но под нагрузкой мо­гут раскручиваться. Проволоки в пряди и в соседних прядях касают­ся других проволок по линиям, поэтому их называют канатами с ли­нейными касаниями (JTK), которые могут иметь одинаковый диаметр проволок по слоям пряди (ЛК-О), проволоки двух разных диамет­ров в верхнем слое пряди (JIK-P), проволоки разного и одинакового диаметров в отдельных слоях пряди (JTK-РО) и заполняющие прово­локи меньшего диаметра, располагаемые между двумя слоями про­волок (J1K-3).

Если проволоки в пряди свиты противоположно направлению свивки прядей в канате, конструкцию называют канатом крестовой свивки (не обозначается) (рис. 1.24, в). Эти канаты имеют пряди, свитые из проволок одинакового диаметра, которые имеют между собой то­чечное касание (ТК). Они более прочны, меньше раскручиваются под нагрузкой и чаще применяются при подвеске груза на одной ветви ка­ната (в стропах и траверсах). В случае, если грузозахватный орган под­вешен на двух и более ветвях каната, используют канаты двойной односторонней свивки типа JTK с шестью прядями, каждая из которых имеет 19...37 проволок. В канатах комбинированной свивки сточеч- но-линейным касанием проволок (ТЛК) одна часть проволок имеет линейное касание, другая—точечное. Конструкция канатов имеет ин­декс, включающий буквенные и цифровые обозначения. Так, индекс 6х19(1+6+6/6)+1 о. с. показывает, что канат имеет 6 прядей по ^про­волок в каждой и 1 органический сердечник. Цифры в скобках обозна­чают, что в центре каждой пряди размещена 1 проволока, вокруг которой во втором слое расположены 6 проволок, а в наружном слое 6 проволок одного и 6 другого диаметров (6/6). Условное обозначение канатов строительных машин записывается в паспорте машины. На­пример, грузовой канат башенного крана четвертой размерной груп-

пы обозначен: 24,0-Г-1-Л-0-Н-1764(180) (ГОСТ 2688-80). Это значит, что канат имеет наружный диаметр 24 мм, грузовой, первой марки из светлой проволоки (не обозначается), левой односторонней свив­ки, нераскручивающийся, с временным сопротивлением разрыву 1764 МПа (180 кгс/мм2).

Тип и диаметр каната dK выбирают по ГОСТу по разрывному усилию каната FP, которое зависит от максимального натяжения ка­ната Fmax и коэффициента запаса его прочности К (табл. 1.1):

Fp>F„mK.

Коэффициент запаса прочности каната принимается в соответст­вии с требованиями Госгортехнадзора[1] в зависимости от назначе­ния каната, привода машины и режима работы механизма. Грузо­вые и стреловые канаты для механизмов с ручным приводом имеют К-4, для машинного привода К=5 5,5 и 6 соответственно при лег­ком среднем и тяжелом режимах работы, канаты грузозахватных приспособлений имеют К-6, а канаты, предназначенные для подъе­ма людей, — К-9.

При эксплуатации стальных канатов требуется постоянное на­блюдение за их состоянием. Не следует допускать образования рез­ких переломов (петель, узлов) и сплющивания каната, трения его,

особенно об острые ребра конструкций, и соприкосновения с элек­тросварочными проводами. Для предотвращения канатов от дейст­вия коррозии и снижения износа проволок они регулярно смазыва­ются специальными мазями или маслами. Выбраковка стальных канатов производится в соответствии с «Правилами устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов» по количеству обрывов проволок на шаге свивки, т. е. на расстоянии между двумя соседними витками одной пряди (рис. 1.24, г). Внутри этих витков располагается столько прядей, сколько их имеется в сечении каната (в данной конструкции каната шесть прядей).

Если помимо обрывов проволок Имеет место поверхностный их износ или коррозия, то число обрывов, при котором бракуют канат, снижается. Канаты, предназначенные для подъема людей, бракуют при числе обрывов проволок на одном шаге свивки вдвое меньшем, чем все остальные канаты. При износе или коррозии в 40% и более от первоначального диаметра проволок канат заменяют.

Канаты из пеньки и синтетических материалов имеют малую прочность и применяются в качестве грузовых сеток, стропов, тяго­вых органов полиспастов с ручным приводом для подъема легких грузов, а также в качестве оттяжек на монтажных работах. Пенько­вые канаты состоят обычно из трех прядей, свитых между собой в

противоположных направлениях и пропитанных смолой. Канаты из капрона, перлона и других синтетических материалов более проч­ны, не портятся от воды, но не выдерживают действия масла, бензи­на, растворителей и длительного действия прямых солнечных лучей. Эти канаты рассчитывают аналогично стальным, а коэффициент за­паса прочности принимают равным 8.

Стальные канаты соединяют с узлами машин и поднимаемым грузом различными способами. Основным видом соединения каната с элементами грузозахватных приспособлений являются петли, об­разуемые на концах каната. Размеры петель зависят от назначения канатов или строп. Чтобы предохранить канат от резких перегибов и перетирания, внутри петли устанавливают металлический коуш 1 (рис. 1.25, а), размеры которого стандартизированы. По виду креп­ления петли делят на разъемные (рис. 1.25, а, б), которые крепятся зажимами 2 различной конструкции (рис. 1.25, б), и неразъемные, выполненные с помощью обжимной гильзы 3 (рис. 1.25, в), заливки расплетенного конца каната легкоплавким металлом в конической гильзе 4 (рис. 1.25, г) или заплетай.

Для подвешивания штучных грузов и специальных захватных приспособлений к канатам служат однорогие (рис. 1.26, а, в) и дву­рогие (рис. 1.26, б) крюки и грузовые петли (рис. 1.26, г), изготовлен­ные ковкой или штамповкой из мягкой стали. Крюки и петли долж­ны иметь клеймо завода-изготовителя и паспорт, в котором приводится их полная техническая характеристика.

Для подвешивания грузов к крюкам и петлям применяют ка­натные стропы. Стропы разделяют на кольцевые универсальные (рис. 1.27, а), прямые облегченные, имеющие с двух сторон петли или с одной стороны петлю, а с другой — крюк или КОЛЬЦО (рис. 1.27, б, в), и многоветвевые, имеющие 2...8 одинарных стропов (рис. 1.27, г), которые устанавливают на серьгах с разъемной план­кой. Последние предназначены для подъема тяжелых грузов с мно­готочечным подвесом.

От угла наклона а ветвей стропов к вертикали зависит воспри­нимаемая ими нагрузка

Fc-G/псо sa.

где G — вес поднимаемого груза; п — число ветвей стропа. Угол а ре­комендуется выбирать не более 60°.

Длина ветвей строп может быть различной. Широко применяе­мые в городском строительстве кольцевые стропы имеют длину до 10 м, облегченные прямые — 2,5...5 м и многоветвевые — от 2,6 до 8 м.

Для подъема и перемещения крупногабаритных и длинномерных грузов используют траверсы, предохраняющие конструкции и обо­рудование от сжимающих усилий, которые возникают в них при применении многоветвевых (наклонных) стропов. Траверсы разде­ляют на простые, у которых крюки или стропы закреплены на

а)

Рис. 1.28. Подвижные блоки

металлической балке трубчатой или коробчатой конструкции (рис. 1.27, ж), а также балансирные и универсальные (рис. 1.27, д. е), где канат может перемещаться по блокам, шарнирно соединен­ным с балкой. Грузозахватным органом стропов являются крюки, карабины, полуавтоматические замки и захваты различных конст­рукций. Переходными элементами стропов специального назначе­ния служат круглые, треугольные и овальные кольца из металла круглого сечения, серьги, а также скобы и грузовые петли. Для об­вязки грузов при их подъеме и соединения канатов разработано большое разнообразие канатных узлов.

К специальным захватам относятся клещевые, эксцентриковые и вакуумные захваты, электромагниты, одно - и двухканатные грейфе­ры и т. п.

Блочные обоймы применяют как самостоятельные грузоподъем­ные устройства на монтажных и такелажных работах, а также в кон­струкциях строительных машин с гибкой подвеской рабочего обо­рудования, канатно-блочной системой управления рабочими органами и др. Основным элементом каждой блочной обоймы слу­жит один (рис. 1.28, а) или несколько (рис. 1.28, 6) чугунных или стальных блоков (роликов) 4 с профильными канавками (ручьями) на ободах для каната определенного диаметра. Блок (блоки) враща­ется на подшипниках качения или скольжения относительно оси 3, жестко закрепленной между двух щек 1. Щеки соединяются между собой болтами, осью 2 с кольцом для крепления каната и траверсой 5, в которой на сферической шайбе или упорном шарикоподшипни­ке установлены крюк или петля б. Для повышения долговечности

каната используют блоки с ручьем, футерованным алюминием, ре­зиной или пластмассами. В настоящее время проведены исследова­ния и внедряются канатные блоки, изготовленные из полиамида ПА-6.

Обоймы с одним блоком применяют обычно как отводные, из­меняющие направление движения каната, а также для подъема или перемещения легких грузов, многоблочные — для тяжелых грузов. Наибольшее распространение на монтажных работах получили од­но-, двух-, трех-, четырех - и пятиблочные обоймы грузоподъемно­стью от 0,5 до 30 т. Крюковые подвески, применяемые в кранах, рас­сматриваются в гл. 4.

Барабаны предназначены для однослойной и многослойной навивки и укладки канатов. При однослойной навивке каната применяют барабаны (рис. 1.29, а) с нарезными винтовыми ка­навками, которые увеличивают поверхность контакта с бараба­ном, правильно располагают канат на барабане и устраняют трение между соседними витками (увеличение долговечности). Барабаны для многослойной навивки каната имеют гладкую по­верхность (рис. 1.29, б), ограниченную с обеих сторон бортами (ребордами). По правилам Госгортехнадзора реборда должна вы -

ступать над последним слоем уложенного каната не менее чем на два его диаметра.

Барабаны изготовляют литыми из чугуна и стали или сварными из листовой стали. Они вращаются на подшипниках качения или скольжения вокруг неподвижной оси или вмрете с валом. Канат к барабану крепят прижимными планками на болтах (рис. 1.29, в) или клиновыми зажимами (рис. 1.29, г). По правилам Госгортехнадзора для уменьшения нагрузки на детали крепления каната на барабане должно оставаться не менее полутора витков при сматывании кана­та (нижнем положении крюка).

Усилие, действующее на закрепленный конец каната (Н):

Fo-Fle^a,

где F— усилие в канате, навиваемом на барабан, Н; ц = 0,12...0,15 — коэффициент трения каната о барабан; а — угол обхвата запасными витками барабана, рад (при 1,5 витках а = Зя * 9,42; е^а = 2,5); е - 2,7.

Для правильной укладки каната на барабан служат канатоук - ладчики, предохраняющие канат от смещения и запутывания при ослаблении его натяжения. Долговечность каната зависит также и от диаметров блоков и барабана лебедки, которые он огибает при работе. Наименьший допускаемый диаметр (мм) блоков и бараба­нов, измеренный по дну канавки:

Db>dK{e-),

где dK — диаметр каната; е — коэффициент, зависящий от типа и ре­жима работы грузоподъемной машины.

По правилам Госгортехнадзора для лебедок с механическим приводом для подъема грузов е = 20 и людей е - 25; для грузовых и стрелоподъемных лебедок стреловых кранов в - 16; 18; 20 соответ­
ственно для легкого, среднего и тяжелого режимов работы; для ос­тальных типов грузоподъемных машин е — 20; 25; 30, для электрота - лей е = 22.

Полиспаст представляет собой систему подвижных (перемещаю­щихся в пространстве) и неподвижных одно - и многорольных блоч­ных обойм, огибаемых по определенной системе одним общим ка­натом. Подвижная обойма имеет крюк или петлю для захвата груза, неподвижная крепится к элементу конструкции. Полиспасты приме­няют для выигрыша в силе (редукторные полиспасты) или в скоро­сти (мультипликаторные полиспасты). В строительных машинах наибольшее применение получили редукторные полиспасты, умень­шающие натяжение каната, грузовой момент и передаточное число механизма привода при соответствующем проигрыше в скорости подъема груза (рис. 1.30, а, б). Свободный конец каната крепится на барабане лебедки 1, а другой — на подвижной 3 или неподвижной 2 блочной обойме (в зависимости от принятой схемы запасовки кана­та). Эти полиспасты используют при монтажных работах как са­мостоятельные грузоподъемные устройства, но в основном они при­меняются в грузовых и стрелоподъемных механизмах кранов, подъемников, экскаваторов и т. п. Мультипликаторные полиспасты используют реже, в основном в гидравлических подъемниках, по­грузчиках, механизмах выдвижения телескопических стрел кранов, экскаваторов и других случаях, когда при малых скоростях привод­ного механизма необходимо получить повышенные скорости пере­мещения груза или элементов машины (рис. 1.30, в). В этом случае используют гидравлические цилиндры 4.

По количеству ветвей каната, навиваемых на барабан и опреде­ляющих тип полиспаста, различают одинарные (рис. 1.30, а) и сдво­енные (рис. 1.30, б) послиспасты. Одинарные полиспасты использу­ют практически во всех строительных машинах с применением отклоняющих блоков, которые позволяют передать движение рабо­чему органу в требуемом направлении. При навивке на барабан ка­нат перемещается вместе с грузом вдоль оси, создавая неравномер­ные нагрузки на подшипники барабана.

Сдвоенные полиспасты состоят из двух одинарных полиспа­стов и обеспечивают строго вертикальное перемещение груза при его подъеме или опускании, а также равномерную нагрузку на ба­рабан и его опоры. Такие полиспасты применяют в основном в мостовых и козловых кранах. В тяжелых башенных кранах сдвоен­ные полиспасты применяют для того, чтобы использовать две стандартные грузовые лебедки вместо одной крупногабаритной большой мощности, а также для получения двух или трех скоро­стей подъема груза.

Основной характеристикой полиспаста является его кратность «п. Ее определяют как отношение числа ветвей каната, на которых

подвешен груз, к числу ветвей каната, наматываемых на барабан. Так, на рис. 1.30, а ип - 2, мП2 = 3, а на рис. 1.30, б ип - 3. Максимальное натяжение каната, навиваемого на барабан:

/*тах — Сгр-*"Ск/(яМпЛкс),

где Grp — вес поднимаемого груза; GK — вес подвижной блочной обоймы с грузозахватным органом (крюком, петлей, грейфером, электромагнитом и т. п.) и грузозахватного приспособления (стропы, траверсы, захваты и т. п.); а — тип полиспаста; г|Кс — КПД канатной системы, г]кс = ЛпЛбл> гДе Лп — КПД полиспаста; Лбл — КПД откло­няющих блоков; п — количество отклоняющих блоков.

Так как КПД неподвижных блоков ниже КПД подвижных, то КПД полиспаста

Г|п = 1 + Г|бл + Лбл + Лбл + ••• + Лбл~'/мп.

КПД сдвоенного полиспаста равно произведению КПД двух одинар­ных полиспастов.

Длина каната L одинарного полиспаста, наматываемого на ба­рабан, при высоте подъема груза h и кратности полиспаста мп со­ставляет L=Unh. В сдвоенном полиспасте под длиной L понимают длину каната, наматываемого на одну половину барабана. Ско­рость навивки каната vK и скорость подъема груза v, p (м/с) связаны между собой соотношением Vk - MnVrp, a VK = пИоПб, где D0 — диа­метр барабана по центру наматываемого каната, т — частота вра­щения барабана, с-1.

Необходимое передаточное число ир редуктора между двигате­лем и барабаном:

Мр = Лдв/Лб,

где Ид* — частота вращения двигателя, с*1.

Потребная мощность двигателя Р (кВт) при подъеме номиналь­ного груза С(кН) со скоростью vrp (м/с):

Р — Gvpp/Лобщ,

где Лобщ — общий КПД всей системы; г|0бщ = ЛксЛрЛб; Лр — КПД редук­тора; Лб — КПД барабана.

Фактическая скорость подъема груза (м/с)

1'ф. гр — 7гОоЛдв/Мр2^п*

Применение силовых полиспастов позволяет уменьшить диа­метр каната, а следовательно, и диаметры блоков и барабанов, сни­зить передаточное число редуктора, уменьшить габариты и массу

машины. Однако при этом увеличивается длина каната, канатоем - кость барабана и потери мощности на трение.