Устройства для подвеса груза. Общие сведения и классификация.

 

Для выполнения погрузочно-разгрузочных работ применяют различные грузозахватные устройства, предназначенные для захвата, подхвата, или подвешивания на них груза.

Различают две группы грузозахватных устройств:

• грузозахватные органы (крюки и т.д.)постоянно соединенные с грузоподъемной машиной и являющиеся элементом механизма подъема;

• грузозахватные устройства независимые от грузоподъемных машин, навешиваемые на. грузозахватные органы для облегчения и удобства захватывания груза или автоматизации спуско-подъемных операций (траверсы, стропы и т.д.)

Грузозахватные устройства различают:

  по конструкции:

■ универсальные;

■ специальные;

по виду захватываемого груза;

■ для штучных грузов;

■ для насыпных грузов;

■ для контейнеров.

по способу захвата груза:

■ с помощью строп;

■ подхватывающие:

■ зачерпывающие;

■ притягивающие;

По виду привода:

    ■ механические;

    ■ ручные;

    По способу управления:

    ■ ручные:

         ■ д и с т а н ц и о н н ы е;

■ полуавтоматические:

■ автоматические.

1.3.1.2. Конструктивные схемы и основы расчета грузозахватных устройств.

                         

Грузовые крюки и петли - универсальные грузозахватные органы, к ним могут непосредственно подвешиваться проушины, скобы, цапфы, рамы, стропы.

Крюки разделяют по форме на двурогие и однорогие. Крюки могут быть выполнены кованными (штампованными) и пластинчатыми. (Рис.11).

 

 

Рис. 11. Основные типы грузовых крюков:

а - однорогий с замком; б – двурогий; в – однорогий пластинчатый;

г – двурогий пластинчатый.

Однорогие крюки (штампованные) имеют грузоподъемность от
0,25 до 100 т. Однорогий крюк состоит из цилиндрического
хвостовика с резьбой на. конце и изогнутой' части с рогом,
образующим зев, размеры которого обеспечивают размещение двух
ветвей цепных строп. Изогнутая часть крюка работает на растяжение и изгиб, и имеет трапецеидальную форму с целью обеспечения равнопрочности и
уменьшения массы крюка. Однорогие кованные крюки выбирают в
зависимости от Qгp и режима работы механизма подъема. Для
предотвращения выпадания из зева крюка съемных грузозахватных приспособлений используются предохранительные скобы, закрепляемые на хвостовике крюка.

Двурогие кованые (штампованные) крюки имеют Qгp. = 5÷100 т.

Выбор этих крюков аналогичен выбору однорогих. Применяются при перемещении крупногабаритных грузов, при этом не происходит выскакивания из зевов канатных строп при их ослаблении или натяжении.

Однорогие и двурогие крюки изготавливают двух типов:

А- с коротким хвостовиком

Б - с удлиненным хвостовиком.

Применяют тип А для длинных крюковых подвесок, тип Б для коротких.

Крюки изготавливают из стали 20, 20Г.

Пластинчатые крюки изготавливают двух типов;

1 - однорогие с Qгp. = 40÷315 т.

П - двурогие с Qгp. = 80÷320 т.

Пластинчатые крюки изготавливают из нескольких пластин из стали В Ст.3, Ст.4, Ст.20, сталь 16МС, соединенных заклепками.

Для равномерного распределения нагрузок между пластинами на изогнутой части крюка имеются накладки.

Грузовые петли. Для строповки грузов больших размеров применяют грузовые петли, которые могут быть коваными иди составными из шарнирно-соединенных элементов. (Рис. 12).

                  

Рис.12. Грузовые петли:

а — цельнокованая; б — составная

В практике эксплуатации ГПМ обычно применяют стандартные крюки. Тогда их размеры: определяют по ГОСТам в зависимости от Qгp.

В ряде случаев стандартный крюк не подходит для проектируемого подъемного механизма. В этих случаях рекомендуется брать основные размеры конструируемого крюка, такими же как и у стандартного крюка такой же грузоподъемности.

После этого необходимо проверить:

• напряжение растяжения в сечении по нарезанной части хвостовика (по внутреннему диаметру резьбы).

 Учитывая изгиб хвостовика при раскачивании груза, значение [ ] р принимают пониженным, а именно 5÷7 кг/мм²;

• напряжения в сечениях изогнутой части крюка. Изогнутая часть крюка, имеет большую кривизну и ее следует рассматривать как кривой брус. На брус действуют: растягивающая сила, приложенная в центре тяжести рассчитываемого сечения и изгибающий момент.

Нормальные напряжения определяют по формуле для кривого бруса.

Исходным размером при конструировании однорогого крюка, является диаметр зева - Д (Рис. 13).

 

 

 

 

Рис. 13. Расчетная схема однорогого крюка:

а - схема нагружения; б - сечение 1-2 и эпюры напряжений

При выполнении приближенного расчета, для определения напряжений в произвольном сечении крюка (А-А) в центре тяжести этого сечения прикладывают две противоположно направленные силы. Полученная система сил состоит из пары сил в сечении А-А, создающих Мизг. = G X. При этом сила (G) при разложении дает нормальную силу - Gн и касательную силу - Gк.

В данном: случае X - плечо действия названной пары сил.

Наиболее опасным является сечение (1-2), так как - X имеет наибольшее значение и изгибающий момент является максимальным.

 

                         Мизг. = G                                                       (1.24)

  Для сечения (1-2) Сн = G, а Ск = 0 следовательно в сечении
возникают напряжения растяжения и изгиба. Наибольшие
суммарные напряжения в крайних точках 1 и 2, без учета радиуса
кривизны будут равны:

                                                                 (1.25)  

 

                                                               (1.26)

 

   где - напряжения изгиба в точках 1, 2, от действия Мизг.;

         - напряжение растяжения от силы - G.

         - моменты сопротивления сечения при изгибе;

J  - момент инерции сечения 1-2 крюка;

F - площадь рассматриваемого сечения.

С целью выравнивания суммарных напряжений в точках сечения (1-2) и лучшего использования механических свойств материала крюки выполняют с сечением в виде трапеции с округленными углами.

Геометрические соотношения размеров сечения крюков принимают h D;

b 3· b_1.

Напряжения в сечениях изогнутой части крюка с учетом кривизны определяем по формуле

 

                                             (1.27)

 

где r - радиус кривизны линий центров тяжести сечения крюка рассматриваемого сечения;

у - расстояние рассматриваемой точки сечения от оси, проходящей через центр тяжести сечения; (+ у для волокон расположенных во внешнюю сторону от центра тяжести, - у - для волокон расположенных в сторону зева, от центра, тяжести сечения.

К_ф- расчетный коэффициент, зависящий от формы сечения и кривизны крюка    

 

                                                                              (1.28)

М_изг. – принимают положительным если он стремится увеличить кривизну и отрицательным если стремится уменьшить кривизну. Обычно для стандартных и аналогичных им крюков центр зева крюка совпадает с центром кривизны центральной оси сечений крюка, что дает возможность вычислений напряжений в сечениях криволинейной части крюка по упрощенным формулам.

В этом случае (r) – радиус кривизны центральной оси сечения (1-2) будет равен.

 

 

Определим наибольшие напряжения в т. 1,2:

 

у = - ₁

 

 

 

у = + ₂

 

 

 

Отсюда:

 

₁ ≈ 0,42 · h                                      ₂ ≈ 0,58 · h

 

        D =h                               К_ф = 0,1

 

                         

 

Без учета кривизны имеем.

 

 

Следовательно напряжения в т. 1. – увеличены на 40 %, а в т. 2. – уменьшены на 35 % при расчетах без учета кривизны. Значит необходимо при расчетах учитывать кривизну крюка. 

   Кроме определения напряжений в горизонтальном сечении расчет выполняется и для вертикального сечения (3-4) (Рис.7)

При подвеске груза на одном чалочном канате сила действующая на крюк в сечении (3-4) площадью F ₁, вызывает напряжение среза

                                                                  (1.29)

Однако этот случай не является расчетным, так как при подвеске груза на двух наклонных стропах в сечении крюка возникают более значительные напряжения. При подвеске груза на двух наклонных стропах на крюк со стороны каждого стропа действуют силы

                                                                                           (1.30)

 

где α - угол наклона стропа, принимают α = 45⁰

 

Отсюда имеем

                                                                                 (1.31)

 

                                                                                        (1.32)

                                                   

 

При этом составляющая G₃ вызывает напряжение среза

                                                                   (1.33)

Изгибающий момент будет равен

                                                                                 (1.34)

 

   Напряжения в точках сечения с учетом кривизны крюка

 

                                                              (1.35)

 

      Наибольшее напряжение в точках 3, 4 будут равны

 

                                                                             (1.36)

 

                                                                  (1.37)

 

Далее необходимо проверить напряжения в хвостовике крюка, работающем на растяжение. Напряжение в нарезанной части хвостовика

 

                                                                                                (1.38)

 

    где d₁ - внутренний диаметр резьбы хвостовика.

 

При этом допускаемые нормальные напряжения в крюках для механизмов с машинным приводом  а для механизмов с ручным приводом

Для хвостовиков крюков    

Расчет двурогих крюков.

 

При симметричном нагружении (Рис.14.а.б.)

 

                                                                                                                           (1.39)

где с - коэффициент неравномерности распределения нагрузки между рогами крюка, с = 1,2.

При этом сечение (1-2) рассчитывают на усилия G₂ и G₃, а сечение (3-4) на усилия G₄ и G₅. 

При необходимости работы одним крюком (Рис.14б).

 

                                    

 

где β - угол наклона крюка, определяемый графически.

Усилия напряжения растяжения и среза

                                                                                                       (1.40)

 

где F - площадь расчетного сечения (5-6). Изгибающий момент будет равен

 

                                                                                        (1.41)

 

Напряжения изгиба

 

                                                                                                  (1.42)

где W_5.6   - момент сопротивления изгибу (сечения 5 - 6).

Рис. 14. Расчетные схемы двурогого крюка:

   а - при симметричной нагрузке; б— при односторонней нагрузке

Крюковые подвески - обеспечивают соединение грузового крюка с подъемным канатом. Различают два типа крюковых подвесок: нормальные и укороченные.

При изготовлении крюковых подвесок используют Ст. 4; Ст.5; Ст. 20, Ст.40.

 

Выбор крюковой подвески:

Первое условие - грузоподъемность крюковой подвески не должна быть меньше заданной грузоподъемности:

Второе условие - режим работы крюковой подвески должен соответствовать режиму работы механизма.

Хвостовик крюка имеет резьбу - трапецевидную при большой грузоподъемности, при     - треугольную.

Хвостовик на резьбе крепится к траверсе крюковой подвески.

При испытаниях на прочность нагружение крюка осуществляют
из условия -   в течение 10 минут.

Запас прочности при расчетах крюков принимается в пределах т = 2 для кранов с режимом работы от 1К до 5К, и т = 2,25 - для кранов с режимом работы от 6К до 8К.

Износ крюка в его зеве не должен превышать - 10% первоначальной высоты сечения. В случаях превышения данной нормы крюк необходимо заменить.

Траверсы крюковых подвесок изготавливают из Ст.4, Ст. 40, Ст. 45 и рассчитывают на изгиб по среднему сечению, ослабленному отверстием для хвостовика.

Блоки крюковой подвески имеют кожух (исключает выскакивание канатов с ручьев блоков). Радиальный зазор между ребордами блока и кожухом δ < 0,15· d_K.

Формы и размеры грузовых петель не стандартизированы, поэтому обязателен их расчет на прочность.

 

СТРОПЫ.

Стропы предназначены для подвешивания груза к крюку крана. Различают стропы канатные, цепные и ленточные.

Канатные стропы изготавливают из стальных проволочных канатов крестовой свивки. Различают стропы простые в виде отрезка каната (Рис.15а), универсальные в виде кольца (Рис.15б), а также одно, двух, трех и четырехветвевые, на концах которых образованы петли или закреплены крюки, кольца и другие концевые элементы (Рис.15).

 

Рис.15. Стропы:

а — простой отрезок каната; б — универсальный канатный с соединенными заплеткой концами; в, г — одноветвевой с петлями и крюками;

д — двухветвевой цепной; е — четырехветвевой канатный.

 

Петли канатов, соприкасающихся с концевыми элементами, снабжены стальными втулками - коушами, для предохранения проволок каната от изнашивания и резкого перегиба. Конец каната после образования петли на коуше соединяют с канатом, путем заплетки его прядей, установки зажимов (не менее трех), а также с помощью зажимных втулок из цветного металла. Для строповки грузов с чистой и гладкой поверхностью применяют простые и универсальные стропы из пеньковых и капроновых канатов.

Цепные стропы изготавливают из некалиброванных круглозвенных сварных цепей и применяют для подъема грузов с острыми кромками без подкладок. (Рис. 15д).

Усилие натяжения строп - S, при подъеме груза зависит от их числа и угла наклона относительно вертикали. Для строп общего назначения расчетным является угол – 45⁰ (Рис.16). Наибольшее усилие натяжения в ветви стропа

 

                                                               (1.43)

 

где G- вес груза, Н;

а - угол между осью стропа и вертикалью;

Z_B - число ветвей.

              

                  

Рис. 16. Схема подвеса груза на стропах.

 

Окончательно стропы выбираютпри наибольшем усилии натяжения.

При этом принимают следующие величины коэффициента запаса прочности:

n  6 - стальные канаты;

n  8 - пеньковые канаты;

n  5 - сварные цепи.

Канаты и цепи должны иметь сертификат завода - изготовителя. При отсутствии сертификата стропы после изготовления подвергаются испытаниям на разрыв при  стропы должны иметь бирку с указанием их грузоподъемности и даты испытания.

 

Лекция 6.

1.3.2. Захваты для штучных грузов. Грузоподъемные электромагниты, вакуумные захваты. Грейферы.

1.3.2.1. Захваты для штучных грузов.

Захваты для штучных грузов подразделяют следующим образом (Рис.17).

По способу взаимодействия с грузом:

• клещевые опорно-зажимные;

• клещевые фрикционно-зажимные;

По конструкции:

• симметричные;

• несимметричные;

• с совмещенным шарниром;

• с разнесенным шарниром.

По способу управления:

• ручные;

• полуавтоматические;

• автоматические.

     

Рис. 17. Клещевые захваты

 

К фрикционно - зажимным захватам относятся эксцентриковые захваты.

Клещевые фрикционно-зажимные захваты (Рис.18) состоят из двух шарнирно закрепленных рычагов-клещей - 2, нижние концы которых снабжены башмаками - 1, а верхние с помощью тяг - 3 и кольца - 4 подвешиваются к крюку крана.

 

 

Рис. 18. Схема к расчету захвата для штучных грузов:

а, б — соответственно с совмещенным и разнесенным шарнирами

 

При перегрузочных работах применяют захваты с совмещенным шарниром (Рис,18.а.) и разнесенным шарниром (Рис,18.б.). Тяги по конструкции могут быть стягивающими или распорными. Клещевые захваты с совмещенным шарниром предназначены для захвата однотипных грузов.

Расчет клещевого захвата с совмещенным шарниром сводится к определению размеров рычагов и тяг, при которых сила «рения, между клещами и грузом, удерживала бы груз с необходимым коэффициентом запаса сжимающего усилия.

Удержание груза обеспечивается следующим условием

 

                                                                     (1.44)

 

где К_с.у. – коэффициент запаса сжимающего усилия, К_с.у. = 1,25 - 1,6;

     G- вес груза;

      Fтр - сила трения между поверхностью груза и башмаком (Н);

  f - коэффициент трения;

  Fпp. - сила прижатия (Н).

Сила прижатия башмака будет равна

 

                                                                                                   (1.45)

На кольцо соединяющее тяги, действует вес груза, и вес захвата G_зах.

 

        

 

 Усилия в тягах будут равны

 

                                                                                             (1.46)

 

Из условия равновесия рычага относительно оси шарнира - О, определяется сила прижатия

 

                                                                       (1.47)

 

    где - плечи рычагов и тяг, м.

Подставляя значения F_пр.  из формулы (1.45) в формулу (1.47) получим зависимость для определения размеров рычагов и тяг.

 

                                                                 (1.48)

Задаваясь размерами (в) рычага находим размеры плеча тяги (с).

                                                             (1.49)

Захваты с разнесенными шарнирами могут быть применены для грузов различных типоразмеров. Расчет этих захватов аналогичен расчету захватов с совмещенными шарнирами: Захваты должны иметь клеймо, прочно прикрепленную металлическую бирку с указанием номера, грузоподъемности и даты испытания и применяться только для тех грузов, для которых они предназначены.