mm

Up

и. и. виниоли

ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ И ТРАНСПОРТНЫЕ УСТРОЙСТВА

Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебника для техникумов

ИЗДАТЕЛЬСТВО «МАШИНОСТРОЕНИЕ» Москва 1967

Грузоподъемные и транспортные устройства. Ви- ниоли И. И.. М., изд-во «Машиностроение», 1967 196 стр.

В учебнике рассматриваются современные конструк­ции грузоподъемных и транспортных устройств метал­лургических и коксохимических заводов. Даются расчеты различных деталей, узлов и приводов подъемно-транс- портных машин, а также технико-экономические пока­затели их работы.

Учебник предназначен для учащихся техникумов металлургической, коксохимической и огнеупорной спе­циальностей. Он может быть полезен мастерам-механикам и конструкторам в их практической деятельности.

Таблиц Ю, иллюстраций 141, библиографий 28 наз­ваний.

3-13-62

28—67

Рецензент инж. С. И. Рапопорт Научный редактор канд. техн. наук В. А. Кружков

ВВЕДЕНИЕ

В комплексной механизации трудоемких работ металлургиче­ских и коксохимических заводов важную роль играют грузоподъ­емные машины и машины непрерывного транспорта.

Эти машины входят в состав основного технологического обору­дования указанных заводов.

С помощью кранов нагружают шихту в мульды и печи, подго­товляют железнодорожные составы с изложницами, заливают чугун и разливают сталь.

Сыпучие материалы такие, как шихта на агломерационных фаб­риках, уголь и кокс на коксохимических заводах, огнеупорные порошки на заводах огнеупорных изделий, транспортируют с по­мощью конвейеров. Разнообразное применение конвейеры находят на складских погрузочно-разгрузочных работах, а также при ре­монте металлургических и коксовых печей.

Широкое развитие получило подъемно-транспортное машино­строение в годы Советской власти.

Создан Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-кон­структорский институт подъемно-транспортного машиностроения, погрузочно-разгрузочного и складского оборудования и контей­неров (ВНИИПТМАШ), который совместно со специальными кон­структорскими бюро машиностроительных заводов разработал типовые проекты уникального отечественного кранового оборудо­вания. Особые заслуги в области развития подъемно-транспортного машиностроения принадлежат советским ученым А. О. Спиваков- скому, Н. Ф. Руденко, П. С. Кузьмину и др.

На заводах-гигантах современного машиностроения, таких как Ново-Краматорский машиностроительный завод (НКМЗ), Уральский завод тяжелого машиностроения (УЗТМ), ленинград­ский завод им. Кирова и др., изготовляют самые мощные в мире (630 т) разливочные краны, мосты-перегружатели пролетом 115 м с двумя грейферными тележками, а также козловые краны грузоподъемностью 500 т для монтажа оборудования на гидро­электростанциях.

Овладение знаниями конструкции и эксплуатации указанного выше оборудования является важной и сложной задачей, стоящей перед учащимися техникумов металлургических специальностей.

В целях облегчения этой задачи в учебнике дано описание новых машин, внедренных за последние годы в технологические процессы на металлургических и коксохимических заводах, приведены при­меры расчетов наиболее важных узлов и приводов грузоподъемных машин. Это поможет учащимся лучше усвоить раздел курса «Обо­рудование металлургических заводов».

* Sfc

Грузоподъемные и транспортные устройства по способу дей­ствия разделяют на три основные группы.

В первую группу входят грузоподъемные машины периодиче­ского действия. К ним относятся различные подъемные механизмы (домкраты, полиспасты, тали, лебедки), краны мостовые и пово­ротные общего назначения и специальные, например металлурги­ческие подъемники — стационарные и передвижные.

Вторую группу составляют транспортирующие машины непре­рывного действия. К ним относятся конвейеры с тяговым и без тягового органа, перегрузочные устройства, пневматические и гидравлические устройства, вспомогательные устройства, такие как бункеры, затворы, питатели, дозаторы, лотки, спуски и др.

К третьей группе относят машины наземного и подвесного транспорта: безрельсовые тележки, узкоколейные вагонетки, ма­невровые устройства (шпили, лебедки, поворотные круги), обору­дование монорельсового и канатного транспорта.

По числу совершаемых движений грузоподъемные машины делят на машины с одним, двумя или тремя движениями. К маши­нам, осуществляющим одно движение (подъем), относят лебедки, тали, домкраты, гидравлические и пневматические подъемники. К машинам, совершающим два движения, — подъем и перемеще­ние в одном направлении, — относят электротали.

Три движения — подъем и перемещение в двух направле­ниях — имеют мостовые электрические и другие краны. Некото­рые краны специального назначения обладают числом движений больше трех. К таким кранам относятся так называемые завалоч­ные краны мартеновских цехов, имеющие дополнительные пово­ротные механизмы для движения колонны с кабиной, вращения хобота вокруг оси при загрузке руды в печь и качания хобота.

Машины непрерывного транспорта имеют обычно только одно горизонтальное или наклоненное под небольшим углом движение (конвейеры, шнеки) или вертикальное (круто наклоненное) дви­жение (элеваторы).

Грузоподъемные машины обычно работают в повторно-кратко- временном режиме; транспортирующие машины работают в непре­рывном режиме.

По назначению различают краны, обслуживающие грузо­потоки сырых материалов на рудных и шихтовых дворах, грузо­потоки жидкого материала в сталеплавильных цехах (литейные краны), склады холодного чугуна, слитков и готовой продукции прокатных цехов, ремонтные и монтажные работы. Имеются также краны специального назначения, например клещевые для посадки слитков в нагревательные колодцы, для раздевания слитков, отли­тых в изложницы.

Госгортехнадзором установлены следующие режимы работы грузоподъемных машин: Л — легкий, С — средний, Т — тяжелый и ВТ — весьма тяжелый.

К машинам, работающим в легком режиме, относят редко работающие краны машинных залов и лебедки противоугонных устройств; к работающим в среднем режиме — краны ремонтных цехов и др.; в тяжелом режиме — уборочные краны в мартеновских цехах и краны на складах слитков; в весьма тяжелом режиме — литейные краны, магнитные и грейферные краны шихтовых дворов, мосты-перегружатели, краны с лапами и клещевые краны.

Режим работы грузоподъемных машин устанавливается в зави­симости от следующих факторов:

1. Коэффициента использования механизма по грузоподъем­ности

Qcp

Qh

где Q_cp — среднее значение величины поднимаемого груза за смену в н (кГ);

Q_H — номинальная грузоподъемность в н (кГ).

2. Коэффициента годового использования механизма

_и число дней работы механизма в году

^г " 365 •

3. Коэффициента суточного использования механизма

_и число часов работы механизма в сутки

Ас - 24 •

4. Относительной продолжительности включения двигателя

механизма

p-jg _ время работы механизма в течение цикла j qqо/ полное время цикла

Относительная . продолжительность включения вычисляется для промежутка времени не более 10 мин, а при ПВ = 40% —

4. мин-, при неравномерном распределении рабочих операций сле­дует рассматривать режим работы в течение длительного периода (до 8 ч).

5. Числа включений в час.

6. Температуры окружающей среды (для весьма тяжелого режима работы 45° С, а для остальных режимов 25° С).

ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ МАШИНЫ

§ 1. Гибкие подъемные и тяговые органы

Канаты и цепи служат для подъема груза, передачи тяговых усилий, обвязки (строповки) груза и др. Канаты и цепи, предназна­ченные для подъема груза, называются грузовыми, а предназначен­ные для передачи тяговых усилий в механизмах, перемещающих груз, — тяговыми.

Канаты

Стальные канаты имеют преимущества перед цепями. Они ра­ботают бесшумно, их разрушение происходит постепенно, обнару­жить начавшееся разрушение можно по числу оборвавшихся про­волочек на шаг свивки. Последнее обстоятельство позволяет свое­временно произвести замену каната.

Кроме того, канаты допускают большие скорости подъема, чем цепи. Механизм подъема с канатами более компактен, чем механизм подъема с цепями. При равной прочности и одинаковой длине канат весит почти в 8 раз меньше цепи; проволочные канаты де­шевле цепей.

Материалом для канатов является сталь с пределом прочности 130—200 кПмм?. В процессе изготовления стальная проволока подвергается специальной термической обработке, которая сов­местно с волочением обеспечивает высокие механические свойства материала.

Канат состоит из отдельных проволочек диаметром 0,4—2 мм, свитых в отдельные пряди (стренги). Пряди свивают вокруг сердеч­ника из пеньки, асбеста, стальной проволоки. Для примера можно привести наиболее распространенную конструкцию каната бх37-^1, что обозначает шесть прядей из 37 проволочек каждая, свитых вокруг сердечника, всего 222 проволочки.

Благодаря сердечнику канат во время работы лучше сохраняет первоначальную форму (без расплющивания), повышается его эластичность и обеспечивается смазка, так как сердечник пропитан 6

специальной канатной смазкой. Для работы в горячих цехах сер­дечник делается на асбестовой или стальной основе.

По роду свивки проволок стальные канаты делятся (ГОСТ 3241—55) на канаты ТК с точечным касанием отдельных проволок между слоями прядей (пряди с точечным касанием изготовляют из проволок одинакового или разных диаметров по отдельным слоям), канаты ЛК — с линейным касанием проволок в пряди, канаты ТЛК — с точечным и линейным касанием проволок в пряди.

Канаты ЛК могут быть с проволоками одинакового диаметра в отдельных слоях пряди и тогда они маркируются буквами ЛК-О,

Ю

Рис. 1. Стальные проволочные канаты:

а — крестовой свивки, б — односторонней свивки

с проволоками двух разных диаметров в верхнем слое пряди — ЛКР, с проволоками разного и одинакового диаметра по отдельным слоям пряди — ЛК-РО и с заполняющими проволоками меньшего диаметра — ЛК-3.

По направлению свивки различают канаты крестовой свивки (рис. I, а) и канаты односторонней свивки левой или правой (рис. 1, б). Свивку считают правой, когда пряди каната направлены снизу вверх направо, и левой, когда пряди направлены снизу вверх налево. В канатах односторонней свивки направление свивки отдельных проволок в прядях совпадает с направлением свивки самих прядей в канате. Канаты односторонней свивки более гибки (эластичны), чем канаты крестовой свивки, имеют гладкую поверх­ность, но обладают способностью раскручиваться при свободном подъеме груза и непригодны для подъемов грузов, подвешивае­мых непосредственно к свободно свисающим концам.

Канаты крестовой свивки имеют направление свивки проволок в прядях, противоположное направлению свивки прядей в канате, канаты односторонней свивки из-за тенденции к раскручиванию применяют в подъемниках, где груз движется в направляющих. Канаты крестовой свивки нашли широкое применение в кранах при свободном подвесе груза.

Стальные канаты, применяемые для чалки и строповки груза, называют чал очными. Условия работы чалочных канатов тяжелые, так как при зачаливании они подвергаются крутым перегибам, рывкам от усадки прокладок и при взятии груза с места в них раз­виваются мгновенно силы по значению гораздо большие, чем вес поднимаемого груза. Чалочные канаты применяют для непосред­ственной обвязки груза в виде кольцевого (бесконечного) приспо­собления, при этом концы канатов соединяют узлом, заплеткой или зажимами.

Более безопасными и удобными в эксплуатации являются стропы, представляющие собой отрезки канатов, концы которых снабжены крюками, серьгами и кольцами.

Для чалочных работ применяют также пеньковые, хлопчато­бумажные и нейлоновые канаты. Для работы в сухих помещениях используют несмоленые (бельные) канаты пеньковые (ГОСТ 483—55) или хлопчатобумажные, обладающие относительно боль­шой разрывной прочностью и гибкостью. Для работы в условиях повышенной влажности применяют канаты, пропитанные смолой (смоленые), стойкие против гниения, но с пониженной (ориентиро­вочно на 10%) разрывной прочностью относительно бельных кана­тов.

Диаметр каната определяется из условий работы на растяжение с учетом коэффициента заполнения сечения, равного 0,66:

5 - 0,66 \о\_рас кГ,

где [о]_рас — напряжение растяжения, равное 100 кГ/см² для грузовых бельных хлопчатобумажных и пень­ковых канатов (для чалочных канатов напряжение уменьшают в 2 раза).

Расчет стальных канатов. Стальные канаты выбирают в зави­симости от разрушающей нагрузки, предела прочности каната, его режима работы и схемы подвески груза. Определяют усилие в одной ветви каната по формуле

р ₌ 0±1 н (_кг),

ПХ\ '

где Q — грузоподъемность в н (кГ); q — вес подвески в н (кГ); п — число ветвей каната; г] — к. п. д. полиспаста.

Затем определяют разрушающее усилие

S_pas = kP н (кГ),

где S_pa3 — разрушающая нагрузка, действующая на ветвь ка­ната в н (кГ);

k — коэффициент запаса прочности (выбирается в зависи­мости от режима работы: легкий — 5, средний — 5,5, тяжелый — 6).

По разрушающему усилию в соответствии с ГОСТом на сталь­ные канаты выбирают канат, задаваясь пределом прочности ка­натной стали, указанной в каталогах завода-изготовителя.

Пример. Определить диаметр стального проволочного каната для электри­ческого крана грузоподъемностью 10 Т. Режим работы крана средний. Сила тя­жести подвески 250 кГ. Блоки установлены на подшипниках качения, к. п. д. полиспаста 0,98.

Определим наибольшее натяжение на одну ветвь каната

о _ 9 + 9 н (кГ); Р = 1°°.-°°° + ²⁵⁰°- = 26 ООО н (2600 кГ);

пт) 4-0,98

где п = 4 выбираем по табл. 2 в работе [18].

Spac = КР = 5,5-26 000 = 143 000 н (14 300 кГ),

где К = 5,5 — коэффициент запаса прочности, который выбираем по табл. 4 в работе [18].

По ГОСТу 3071—55 выбираем канат диаметром 17,5 мм ТК 6Х37-^1, соот­ветствующий пределу прочности ав — 170 кГ/мм².

Натяжение Р, возникающее в каждой ветви чалочного каната, равно

П 1 Q Q , г\

•^ = Ф ^н(кГ).

cos ап ^т п

Коэффициент ср зависит от угла а наклона ветви каната к вер­тикали.

а ... .	0°	о о со	45°	60°
ф . . . .	1,00	1,15	1,42	2,00

Коэффициент запаса прочности К = 12 для чалочных стальных канатов, используемых при обвязывании груза, и К = 6 для чалоч­ных стальных канатов с крюками, петлями, серьгами.

На рис. 2 показаны усилия в канате при разных углах его на­клона к вертикали. При неправильной зачалке с большим углом между ветвью чалочного каната и вертикалью происходит или излом крюка, или разрыв ветви при подъеме груза.

При расчете каната на выносливость определяют (по методу д-ра техн. наук Житкова Д. Г.) следующие величины:

1. приведенное число z_x перегибов каната за его срок службы:

z_x = az₂T^,

где а — среднее число раоочих циклов;

г„ — количество повторных перегибов за один цикл (подъем

и спуск) при полной высоте подъема и перегибе в одну сторону;

Т

срок службы в мес;

коэффициент изменения выносливости каната вследствие неполной высоты подъема груза и неполной нагрузки на канат;

I

S-I000

mo

^s=m

Рис. 2. Усилия в кГ в чалочном канате при разных углах его наклона

2. отношение диаметра D₆ барабана по дну канавок к диаметру d_K каната, при котором обеспечивается необходимая долговечность каната;

Об

-f- = macc,с₂ -t о,

U_K

где m — коэффициент, зависящий от числа z = 2,5z₁ повторных перегибов каната до разрушения;

5. — постоянный коэффициент (эмпирический), создающий запас по числу циклов нагрузки и соответствующий нор­мам Госгортехнадзора отбраковки изношенных канатов;

0. — действительное напряжение растяжения в канате в кГ/мм²;

с — коэффициент, зависящий от конструкции каната и пре­дела прочности на растяжение материала проволок; с_х — коэффициент, зависящий от диаметра каната; с₂ — коэффициент, учитывающий технологические и эксплуа­тационные факторы.

Значение указанных коэффициентов см. в табл. 11 —15 ра­боты [20].

Рис. 3. Закрепление концов прово­лочных канатов: а — коушем; б —конической стальной втулкой

Уход за стальными канатами. Подъемные краны могут быть пущены в эксплуатацию только в том случае, когда их стальные канаты отвечают всем требованиям ГОСТа на данный канат и имеют акт (сертификат) завода-изготовителя или бюллетень испы­тания. Вновь навешенный канат подвергают динамическим испы­таниям повторным подъемом и опусканием груза на 10% больше номинальной грузоподъемности. Результаты испытаний заносят в крановую книгу.

Навеску каната производят аккуратно с привлечением квали­фицированных слесарей и машини­ста крана; при этом особое внима­ние обращается на то, чтобы не повредить проволоки каната. С этой целью канат навешивают обяза­тельно с барабана, установленного на козлах.

При подъеме груза ветви каната должны занимать вертикальное по­ложение, при косом натяжении каната подъем груза запрещен в связи с увеличением усилий, дей­ствующих на канат. Краны метал­лургических цехов, подвергающие­ся воздействию высоких температур, имеют защиту стальных ка­натов от непосредственного влияния лучистой энергии.

Смазку канатов кранов, работающих в зоне высоких темпера­тур, следует производить не реже одного раза в пять дней, а всех остальных не реже одного раза в 10 дней.

Периодический осмотр канатов производит механик цеха или мастер по ремонту не реже одного раза в 7—10 дней. Канаты с об­рывами проволок или другими признаками износа, недостаточными для браковки, подлежат осмотру через каждые два-три дня. При периодическом осмотре проверяют состояние каната, крепление его концов, выявляют изменение диаметра и подсчитывают количество оборванных проволок, приходящихся на шаг свивки каната.

Обязательному осмотру подлежат все канаты кранов всех конструкций, если произошла авария подъемной лебедки, тра­версы или грузозахватных приспособлений, а также если обнару­жено повреждение каната хотя бы в одном месте или обнаружено внезапное увеличение признаков его износа. Результаты осмотра заносят в крановую книгу и оформляют актом.

Концы проволочных -канягш.. закрепляют канатным коушем_

(рис. 3, а) или конической стальной втулкой (рис. 3, б). При за­креплении коушем конец каната загибают в виде петли вокруг

стального сердечника с желобом и стягивают зажимами, количество которых указано в табл. 1. В некоторых конструкциях канатов концы закрепляют оплеткой проволокой на длине 400—500 мм.

Показатели			Диаметр каната е			мм
	9,0—9,2	12,5—15,5	17	20	21,5	25	28	34	а? .
Количество за­жимов на петлях	3	3	3	4	4	5	6	7	8
Расстояние меж­ду зажимами в мм	80	100	120	120	140	150	180	230	250

Таблица 1

Количество зажимов и расстояние между ними при закреплении концов каната коушем

При закреплении концов каната втулкой проволоки на концах каната расплетают, удаляют сердечник, концы проволок загибают, втягивают в стальную втулку и заливают свинцом.

Канаты не должны иметь такие выявляемые при наружном осмотре дефекты, как пухлости, низкие и высокие пряди, зазоры между прядями, выступание из пряди отдельных проволочек, перегибы и петли, значительной коррозии и т. д.

Конструкция, размер, качество канатов, из которых изготов­ляют стропы, должны соответствовать акту-сертификату завода- изготовителя с указанием в нем соответствующего ГОСТа.

Цепи

Грузовые пластинчатые цепи (рис. 4) изготовляют по ГОСТу 191—63. Применяют их при небольших скоростях подъема (до 12 м/мин) в металлургическом подъемном оборудовании, работаю­щем в условиях высоких температур. Цепи состоят из отдельных звеньев, деталями которых являются пластины 1 и валики 2. На цапфах валиков пластины укреплены шплинтами 3, иногда под шплинт подкладывают шайбу. В цепях небольшой грузоподъем­ности производят расклепку цапф.

Материалом цепи служат стали 40, 45 и 50 (ГОСТ 1050—60) с пределом прочности до 6000 кГ/см².

Размеры цепей зависят от их грузоподъемности. Основным размером является шаг цепи. Условное обозначение — цепь грузо­вая 40 следует читать: цепь грузовая пластинчатая с шагом 40 мм.

Коэффициент запаса прочности пластинчатых цепей, применяе­мых в грузоподъемных машинах, по отношению к разрушающей нагрузке должен быть не менее 5 при машинном приводе и не ме­нее 3 — при ручном (Ст. 82 «Правила устройства и безопасной экс­плуатации грузоподъемных кранов», Изд-во «Недра», 1966). В процессе эксплуатации цепи необходимо регулярно смазывать.

Достоинством пластинчатых цепей является их большая гиб­кость, поэтому звездочки для них имеют обычно небольшое число зубьев и сравнительно малый диаметр начальной окружности: в результате получается небольшое плечо нагрузки, что умень­шает конструктивные размеры механизмов и удушевляет его стоимость.

Пластинчатые цепи применяют в завалочных кранах для

Рис. 4. Грузовая пластинчатая цепь

Исходной данной к расчету пластинчатой цепи является

^Р раз = пР н (КГ),

где Р_раз — разрушающее усилие в н (кГ);

Р — натяжение ветви в н (кГ);

п — запас прочности; в механизмах с ручным приводом при спокойной работе п = 5; в механизмах с ручным приводом и работой с толчками п = 6; при механичес­ком приводе и спокойной работе п = 7—8; при меха­ническом приводе и работе с толчками п = 10.

Опасное сечение пластины при поверочном расчете проверяют на деформацию растяжения

°W ⁼ i (b'~d)a ^{< [(T}W

где b — ширина цепи в опасном сечении в см;

d — диаметр отверстия под цапфу валика в см; а — толщина пластины в см; i — число пластин;

[°}_рас — допускаемое напряжение в кГ/см²; с'рас — действительное напряжение в кГ/см².

Цапфу валика проверяют на деформацию среза по формуле ^{т = к кГ1см2}- ²^~

Удельное давление на поверхности соприкосновения пластин с цапфами валика проверяют по формуле

q = 7^ < Iqhon кГ1см²,

где [q]_don — допускаемое удельное давление в кГ/см²;

q — действительное удельное давление в кГ/см².

К эксплуатационным недостаткам шарнирно-пластинчатых цепей относят изнашиваемость цапф валиков и разработку отвер­стий пластин. Сварные цепи состоят из овальных звеньев, сварен­ных из круглой стали кузнечной газовой или электрической кон­тактной сваркой. По длине звеньев такие цепи делят на коротко­звенные с длиной звена I < Ы и длиннозвенные с I > 5d.

Госгортехнадзор разрешает применять для подъема грузов только короткозвенные цепи, отвечающие требованиям ГОСТа 2319—55. Сварные цепи изготовляют из малоуглеродистой стали Ст. 2, Ст. 3 (ГОСТ 380—60) с пределом прочности 4000 кГ/см². Расчет сварных цепей на прочность ведут по допускаемому на­пряжению на растяжение как основному напряжению, возникаю­щему в сечениях звеньев

Т = 2^-[о]_расн(кГ),

Т — натяжение цепи в н (кГ); d — диаметр цепной стали в см;

W — допускаемое напряжение в н!см² (кГ/см²).

Для подвешивания груза к крюку крана применяют сварные некалиброванные цепи, снабженные крюками, скобами или дру­гими приспособлениями. В сталеплавильных цехах цепи с крю­ками применяют для подвешивания мульд к мульдомагнитным кранам для переноса изложниц. В листопрокатных цехах приме­няют цепи со скобами для транспортирования стальных листов мостовыми кранами в пределах пролета и погрузки их в вагоны.