4.7. Кабельные краны и канатоблочные установки (тема 8)

Кабельные краны и канатоблочные установки широко применяются для механизации подъемно-транспортных и переместительных операций. Они просты по конструкции, надежны в эксплуатации и могут быть практически изготовлены силами самого лесозаготовительного предприятия (см. рис. 24, 25 на вклейке).

Рис. 14. Расчетные схемы элементов кабельного крана: а) несущего каната; б) грузоподъемного и тягового канатов; в) опорных мачт и растяжек; г) поперечного сечения мачты

4.7.1. Расчет несущего каната, рис. 14, а. Допущения: длина кривой АВ равна расстоянию (прямой) между точками опор А и В; усилия в точках А и В равны между собой. Для одной нитки несущего каната полное натяжение (Н) несущего каната в общем случае.

, (154)

где — горизонтальная составляющая, Н; — вертикальная составляющая, Н.

, (155)

, (156)

При одинаковой высоте мачт .

, (157)

, (158)

, (159)

, (160)

где — нагрузка на один несущий канат, Н; — вес груза, Н; — вес тележки, Н; — вес крюка, Н; — вес 1 м несущего каната, Н; — пролет крана, м; — угол наклона линии, соединяющей вершины мачт, к горизонту; — стрела провиса несущего каната, отношение наибольшего провиса к пролету.

Пролёт, м	До 150	150 - 500
	0,03 - 0,035	0,04 - 0,05

Величина разрывного усилия (Н)

, (161)

где — коэффициент запаса прочности, 3,0 ... 3,5.

Выбор несущего каната по , закрытого типа, ГОСТ 3077-80 [7, с. 42]. При необходимости (слишком большой диаметр) каждую нитку несущего каната можно принимать из двух одинаковых канатов меньшего диаметра.

4.7.2. Расчет грузоподъемного каната (рис. 14,6):

, (162)

где — кратность полиспаста; — КПД блока; — число блоков, огибаемых грузоподъемным канатом и вращающихся при подъеме груза (живые блоки). Остальные обозначения в предыдущих формулах.

Выбор грузоподъемного каната по , по ГОСТ 2688-80, 3069-80 [7, с. 40 — 41].

4.7.3. Расчет тягового каната, рис. 14,6. Натяжение тягового каната в грузовом направлении складывается из трех слагаемых — сопротивления движению тележки с грузом при подходе к мачте, монтажного натяжения каната и потерь на трение и жесткость каната в блоках полиспаста:

, (163)

где — коэффициент трения в подшипнике осей катков тележки, 0,02 ... 0,03; — диаметр цапфы оси, м; — коэффициент трения качения катков тележки по несущему канату, м; — угол наклона несущего каната при подходе тележки с грузом к мачте, — наружный диаметр ходового колеса тележки, м; — вес 1 м тягового каната, Н; — число живых блоков полиспаста, огибаемых грузоподъемным канатом при движении тележки.

Выбор тягового каната по , см. таблицы ГОСТ 2688-80, 3069-80 [7, с. 40 — 41].

4.7.4. Мощность привода лебедки крана. Мощность для подъема груза (на грузовом барабане), Вт,

, (164)

Мощность для передвижения тележки с грузом(на тяговом барабане), Вт,

, (165)

где — число ниток кабельного крана (1 или 2), остальные обозначения те же, что и в предыдущих формулах.

Если подъем и передвижение груза могут производиться одновременно, общая потребная мощность привода лебедки

, (166)

4.7.5. Расчет опорных мачт и растяжек (рис. 14, в).

Высота опорных мачт (м)

, (167)

где — провис каната, м; — наибольшая высота штабеля (площадки), м; — высота крюковой подвески, м; — длина строповой подвески или высота грейфера, м; — запас на безопасность = 1,0 м. Усилия в мачте Р (Н) и в растяжках Т (Н).

Сумма проекций всех сил на вертикальную и горизонтальную оси:

,

,

Из этих уравнений после преобразования получаем:

_{, (168)}

, (169)

где и —вертикальная и горизонтальная составляющие натяжения несущего каната (Н); и — натяжения в грузовом и тяговом канатах соответственно, (Н); — усилия в растяжках, Н; — угол наклона растяжек.

Если у мачты две растяжки, то на одну растяжку, Н,

, (170)

где — угол между растяжками.

Выбор каната для растяжек по , по ГОСТ 2688-80; 3069-80 [7, с. 40 — 41].

4.7.6. Выбор сечения опорных мачт. Опорные мачты крана воспринимают значительные нагрузки, работают на продольный изгиб или устойчивость и, как правило, делаются составными (из трех — четырех бревен), рис. 15,г.

Рис. 15. Канатоблочная установка с несущим канатом: а) общий вид. 1 — передняя, 2 — задняя мачты, 3— несущий, 4 — тяговый, 5 — холостой канаты, 6 — каретка, 7 — лебедка, 8 — переносной блок, 9 — чокер; б) схема каретки. 1 — несущий, 2 — тяговый, 3 — холостой (возвратный) канаты

Формула критической силы (Эйлера) для стержня с шарнирно- опертыми концами (Н):

, (171)

где — 3,14; — модуль упругости вдоль волокон, Н/м²; — момент инерции сечения, м⁴; — коэффициент устойчивости— 1,0; — свободная высота мачты, м.

Деревянные опорные мачты кабельных кранов делаются составными (из четырех бревен) и таким образом имеют равнопрочное сечение по своим осям симметрии, тогда момент инерции (м⁴) составного сечения

, (172)

где — радиус бревна, м.

Таким образом можно определить сечение и размеры бревен, составляющих мачту на середине ее высоты.

4.7.7. Расчет несущего каната с учетом изменения температуры и увеличения нагрузки за счет возможности обледенения.

При повышении температуры канат удлиняется, а при понижении — укорачивается и, как следствие, его натяжение будет соответственно изменяться:

, (173)

где —коэффициент линейного температурного расширения каната; и —температуры изменения воздуха; L — пролет крана, м.

При увеличении нагрузки, из-за возможного обледенения, натяжение несущего каната увеличится и тогда удлинение каната (м)

, (174)

где и — горизонтальные составляющие усилия в канате до и после обледенения, Н; — модуль упругости каната, Н/м², — площадь поперечного сечения каната, м².

Горизонтальные составляющие и определяются по формуле (157) при Q = 0.

В общем случае длина несущего каната с пролетом L (м), по кривой провисания с учетом собственного веса и стрелы прогиба f (м)

, (175)

Таким образом, длина несущего каната (м) с учетом изменения погодных условий будет равна первоначальной длине с добавлением тех деформаций, которые произойдут от изменения температуры и обледенения:

, (176)

Изменение длины каната вызовет соответственно изменение величины его провисания вместо

, , (177)

где обозначения см. в предыдущих формулах.

Подставив эти значения в уравнение (176), получим

, (178)

После некоторых преобразований получим уравнение натяжения несущего каната с учетом изменения температуры и возможности обледенения:

, (179)

где обозначения те же, что и в предыдущих формулах.

В этой формуле (179) в случае, если изменяется только температура, а обледенение отсутствует, интенсивность нагрузки ; если изменяется лишь нагрузка (обледенение) без изменения температуры, то средний член в скобках будет равен нулю.

Решение полученного уравнения (179) целесообразно производить методом подбора. За исходные величины следует принимать значения Н и f, полученные по формулам (157) и (160) для номинальных значений температуры и условий местности эксплуатации кабельного крана.

4.7.8. Расчет основных параметров канатоблочных установок (рис. 15). Канатоблочная установка, как правило, включает в себя многобарабанную лебедку и систему канатов и блоков. Наибольшее распространение имеют в настоящее время следующие канатоблочные установки: для наземной трелевки, для полуподвесной трелевки, для воздушной трелевки в горных условиях, для штабелевки, выкатки из воды и сброски в воду.

1) Расчет основных параметров многобарабанной лебедки и методика расчета основных параметров канатоблочной установки для наземной трелевки приведены в учебнике [2, с. 200 — 207].

2) Расчет параметров канатоблочной установки с несущим канатом для полуподвесной и воздушной трелевки производится аналогично как и для кабельных кранов, т. к. многие механизмы, узлы и элементы у этих установок одинаковы (см. п. 4.7.1 ... 4.7.6).

Выбор лебедки и параметров канатоблочной установки производится по тяговому усилию и мощности двигателя:

, (180)

, (181)

Исходя из тягового усилия, вес пачки (Н)

, , , (182)

где — мощность двигателя лебедки, Вт; — тяговое усилие на рабочем барабане, Н; — скорость рабочего каната, м/с; — КПД передач от двигателя к рабочему барабану; — вес пачки бревен, Н; — коэффициент сопротивления движению пачки бревен; — коэффициент сопротивления движению каната; — коэффициент, учитывающий, какая часть каната волочится по грунту или штабелю; — расстояние подтаскивания, м; — вес 1 м рабочего каната, Н; — угол наклона местности или слег к горизонту; знак «плюс» — направление движения вверх, знак «минус» — вниз.

4.8. Продольные сортировочные транспортеры для бревен (тема 9)

Автоматизированные сортировочные установки для круглых лесоматериалов включают в себя три основных необходимых элемента: продольный транспортер, бревносбрасыватели, система автоматического управления. Базовым элементом служит продольный транспортер цепной, канатный или ленточный (рис. 16).

4.8.1. Мощность (Вт) привода продольного цепного сортировочного лесотранспортера определяется по формуле

, (183)

, , (184)

где — тяговое усилие, Н; — скорость движения тягового органа, м/с; — КПД передач привода; — усилие в набегающей ветви цепи, Н; — усилие в сбегающей ветви, Н.

Для горизонтального лесотранспортера (рис. 16, а)

, (185)

где — коэффициент трения траверс по направляющим (скольжения — 0,2 — 0,25, для катков 0,1); — число бревен на транспортере; — средний вес одного бревна, Н; — вес 1 м тягового органа, Н/м; — длина транспортера, м.

Рис. 16. Схемы продольных сортировочных транспортеров: а) цепного; б) ленточного

, (186)

, (187)

где — коэффициент загрузки лесотранспортера; — коэффициент сброски бревен, 0,65...0,75; — средняя длина бревна, м; — вес одного метра цепи, Н/м; — вес одной траверсы, Н; —расстояние между траверсами.

При пуске и работе цепных транспортеров возникают дополнительные инерционные (при пуске) и динамические (при движении) усилия. Эти усилия определяются по формулам (91) и (92), см. п. 4.3.11. По наибольшему расчетному усилию проверяют тяговую цепь на прочность.

4.8.2. Для канатных лесотранспортеров усилие в тяговом органе определяется, исходя из формулы Эйлера:

, (188)

, (189)

, (190)

где — основание натуральных логарифмов (2,72); — коэффициент сцепления каната со шкивом; — коэффициент канатозахватов (3,0... 4,0); — коэффициент трения каната по шкиву (для стальных шкивов , для шкивов с резиновой облицовкой и ); 1,5 — коэффициент надежности; — угол обхвата шкива канатом в радианах ( ).

4.8.3. У ленточных транспортеров (рис. 16,6) тяговым органом является широкая прорезиненная лента, которая огибает ведущий и холостой барабаны и на всем протяжении поддерживается роликами. Так как прорезиненная лента — гладкий гибкий орган, то для ленточных транспортеров усилия в тяговом органе определяются, исходя из формулы Эйлера (188):

, (191)

, (192)

где 1,5 — коэффициент надежности; — вес одного метра ленты, Н; — длина транспортера, м; — коэффициент трения в подшипнике ролика; — диаметр подшипника, м; — коэффициент трения качения ленты по роликам, м; — наружный диаметр ролика, м; —количество роликов; — вес ролика, Н; — коэффициент трения ленты по ведущему барабану; — угол обхвата ведущего барабана лентой в радианах, .

Для канатных и ленточных транспортеров при пуске их в работу в тяговых органах будут возникать инерционные усилия. Эти усилия определяются по формуле (91), см. п. 4.3.11. По наибольшему усилию выбирают необходимое сечение каната или прорезиненной ленты, >см. ГОСТ 2688-90, 3069-80 и ГОСТ 20-85 [7, с. 40, 44].

4.8.4. Длинные транспортеры, которые одновременно производят подъем бревен на некоторую высоту, например, при выкатке из воды, имеют наклонную часть.

Расчет сопротивлению движению тягового органа по наклонной части (Н) в этом случае будет определяться дополнительным слагаемым.

, (193)

где —угол наклона транспортера к горизонту; знаки при направлении движения: вверх — «плюс», вниз — «минус»; остальные обозначения те же, что и в предыдущих формулах.

4.8.5 Бревносбрасыватели, описание их работы и конструкция выбираются в зависимости от типа сортировочной установки по учебному пособию [18] или по учебнику [1, с. 196... 204]. Там же приводится методика расчета бревносбрасывателей.

4.8.6 Системы управления сортировочными установками (САУ), описание их устройства и принцип работы даются в учебнике [1, с. 204— 208] и в учебном пособии [18].