VII. Грузоподъемные устройства и механизмы

На строительных площадках для подъема, перемещения и установки в проектное положение строительных конструкций и элементов технологического оборудования применяют различ­ные грузоподъемные устройства и механизмы. Безопасная рабо­та грузоподъемных устройств и механизмов во многом зависит от правильного выбора их конструктивных элементов, а также от условий прочности и устойчивости при их установке и эксплу­атации. Кроме того, при монтаже отдельных объектов иногда могут- возникнуть особые условия подъема конструкций, которые требуют обязательных проверочных расчетов, учитывающих до­полнительные усилия и нагрузки, которые могут возникнуть в элементах грузоподъемных устройств и механизмов во время их эксплуатации.

1. Расчет грузоподъемных устройств Монтажные мачты

Монтажные мачты являются простейшими грузоподъемными устройствами. Их применяют при небольших объемах работ по перемещению и подъему единичных грузов, когда установка кра­на экономически нецелесообразна или когда параметры имею­щихся кранов недостаточны для подъема тех или иных грузов.

По конструкции монтажные мачты бывают деревянные и металлические. Деревянные мачты имеют ограниченное примене­ние из-за относительно небольшой грузоподъемности (до 10— 15 т) и малой высоты подъема (12—15 м). Металлические мачты изготовляют трубчатыми или решетчатыми. При монтаже строи­тельных конструкций в большинстве случаев применяют трубча­тые мачты грузоподъемностью до 100 т с высотой подъема до 60 м. При монтаже тяжелого технологического оборудования

Рис. 81. Расчетная схема усилий в монтажной мачте

применяют решетчатые мачты грузоподъемностью до 200 т с вы­сотой подъема до 60 м.

Проверочный расчет монтажных мачт заключается в опреде­лении расчетных напряжений в мачте или стреле из условий прочности и устойчивости. Кроме того, при расчете мачт прове­ряют прочность верхнего, наиболее напряженного стыка, а при расчете решетчатых мачт — устойчивость отдельной ветви се­чения.

Схема усилий в элементах мачты от веса груза и полиспаста при различных углах наклона вант приведена на рис. 81.

Возникающее в мачте сжимающее усилие от веса поднимае­мой конструкции Q и веса полиспаста g находят по формуле

где S₁— сжимающее усилие от веса конструкции Q и веса поли­спаста g в кГ,

k— коэффициент динамичности, принимаемый для привод­ных лебедок равным 1,1, для ручных лебедок— 1;

α — угол наклона вант к горизонту;

γ — угол между мачтой и вантой.

Сжимающее усилие в мачте S₂ от натяжения конца каната, сбегающего с неподвижного блока:

где п — количество роликов в полиспасте;

η_o — к. п. д. полиспаста.

Сжимающее усилие S₃ от вертикальной составляющей перво­начального натяжения вант

S₃ = mS cos γ,

где m — количество вант;

S — предварительное натяжение одной ванты, зависящее от ее длины, грузоподъемности мачты и принимаемое в пределах от 0,3 до 2 Т.

Сжимающее усилие S₄ от натяжения задних (рабочих) вант вследствие эксцентричности подвески неподвижного блока по­лиспаста относительно оси мачты

где е — эксцентриситет крепления неподвижного блока поли­спаста;

h — длина проекции мачты на вертикальную ось в м.

Полное сжимающее усилие в оголовке мачты S_M.₀ составит

Расчетное сжимающее усилие в мачте S_M (с учетом ее соб­ственного веса):

где G — собственный вес мачты в кг;

β — угол между мачтой и полиспастом.

Изгибающий момент М₀ в оголовке мачты от внецентренного крепления подъемного полиспаста

M₀=(Qk + g + S₂)e.

Расчетный изгибающий момент M_P в сечении мачты на 3/4 ее высоты

.

Расчетное напряжение в сечении оголовка мачты из условия прочности

где F_бр — площадь поперечного сечения мачты (брутто), рав­ная сумме площадей поясов в см², F_6p = 4F₁; F₁ — площадь поперечного сечения одного пояса в см²;

W_6p— момент сопротивления поперечного сечения мачты (брутто) в см³.

Расчетное напряжение в мачте из условия устойчивости

где φ — коэффициент продольного изгиба.

Зная расчетное усилие в мачте S_M, можно проверить усилие в вантах и анкерах, а также определить опорные реакции мачты.

Усилие в ванте S_B находят по формуле

Усилие в анкерах:

Опорные реакции мачты:

По натяжению конца каната находят усилие S₆ передающе­еся на лебедку;

где η₁ — к. п. д. отводного ролика, равный 0,96—0,98.

При подтаскивании монтируемых конструкций в задних ван­тах и мачте могут создаться опасные добавочные усилия, кото­рые необходимо учитывать при проверочных расчетах в тех слу­чаях, когда подтаскивание имеет место.

Горизонтальное усилие, удерживающее конструкцию на рас­стоянии а от основания мачты (рис. 82), в начальный момент подъема равно сумме сил трения подтаскиваемой конструкции весом Q по земле и усилия тормозных лебедок, а в момент отры­ва конструкции от земли — усилию тормозных лебедок S₆, на которые их и рассчитывают:

Усилие S₆ вызывает равное ему горизонтальное усилие в вер­шине мачты, которое создает добавочную нагрузку на задние ванты S₇ и добавочное усилие в мачте S₈:

Рис. 82. Схема усилий в канатах при подъеме кон­струкций мачтой с подтаскиванием

Рис. 83. Расчетная схема мачты к примеру

Пример. В металлической монтажной мачте грузоподъемностью 25 т проверить напряжение при подъеме груза десятиннточным полиспастом и электролебедкой с тяговым усилием 5 Т и подобрать канаты для вант.

Вес мачты 6 т, вес полиспаста 800 кг, ролики полиспаста на бронзовых втулках. Расчетная схема мачты приведена на рис. 83.

Нагрузка на мачту от веса груза и полиспаста

При α = 45° и вертикально установленной мачте γ = α = 45°

S₁=(25·1,1+0,8)1=28,3Т,

Усилие в сбегающей нитке полиспаста

Вертикальная нагрузка на мачту от предварительного натяжения вант. Для угла 45° S = 2 Т;

S₃ = mS cos γ = 4·2·0,707 = 5,65 Т.

Вертикальная нагрузка на мачту от натяжения рабочей ванты

T

Полная сжимающая нагрузка на оголовок мачты

S_M.O = S₁ + S₂ + S₃ + S₄ = 28,3 + 2,4 + 5,65 + 0,428 = 36,77 T.

Расчетное сжимающее усилие в оголовке мачты с учетом ее собственного веса

S_M = S_M.₀ + Gcosβ = 36,77+6 = 42,77 Т.