13. Расчет грузоподъемных устройств и оснастки при подъеме оборудования такелажными средствами

В том случае, когда подъем и установка оборудования в проектное положение с помощью монтажных кранов невозможна или нерациональна, для монтажа используют различные такелажные средства: одиночные или парные монтажные мачты, порталы и шевры.

13.1. Подъем оборудования методом скольжения опорной части монтажными мачтами или порталом

Это метод используется обычно для подъема оборудования колонного типа при условии, что грузоподъемность и высота монтажных мачт обеспечивают его установку сразу в проектное вертикальное положение. Преимуществом метода является возможность установки оборудования на высокие фундаменты, а недостатком – возникновение максимальных нагрузок на такелажные средства на завершающей стадии подъема (в момент отрыва аппарата от земли), что повышает опасность монтажных работ.

Портал или парные монтажные мачты устанавливаются обычно вертикально и симметрично по обе стороны от фундамента. В исходном положении оборудование укладывается вершиной к фундаменту. Строповку в этом случае следует производить по возможности ближе к вершине, так как при этом уменьшается угол наклона полиспастов и снижается нагрузка на такелажные средства (рис. 21,а).

Оборудование поднимают в два этапа. На первом этапе подъема аппарат стремятся установить в положение неустойчивого равновесия, обеспечивая вертикальность грузовых полиспастов. На втором этапе аппарат отрывают от земли, поднимают выше фундамента, придерживая тормозной оттяжкой его основание, а затем переводят в вертикальное положение, при необходимости разворачивая в вертикальной плоскости, и опускают на фундамент в проектное положение (рис.21,б).

Перемещение опорной части оборудования к фундаменту чаще всего выполняется на санях или тележке, а их перемещение – лебедками с использованием полиспастов.

Расчет такелажной оснастки при монтаже сводится к следующему:

1. Определяют вертикальную составляющую подъемного усилия (кН), создаваемого полиспастами в начальной момент подъема (см. рис. 21,а):

Р_в=10G_оl_ц.м / l_c ,

где G_o – масса поднимаемого оборудования, т; l_ц.м – расстояние от центра массы оборудования до основания, м; l_c – расстояние о места строповки оборудования до основания, м.

а

б

Рис. 21. Расчетная схема подъема аппарата методом скольжения опорной части:

а – первый этап; б – второй этап

2. Находят усилие в обоих полиспастах в начальный момент подъема оборудования:

Р=Р_в·сos β .

Усилие в каждом полиспасте

Р₁=Р / 2 .

Угол наклона полиспастов к вертикали

tg β= ,

где b – расстояние от места строповки оборудования до плоскости мачт, м;

Н – высота мачты, м; h – расстояние от места строповки до горизонтальной плоскости.

3. Рассчитывают величину горизонтальной составляющей усилия в полиспастах (кН):

Р_г=Р·sin β .

4. Находят усилие трения (кН) при перемещении основания оборудования:

F_т=10G_о(1–l_ц.м / l_c)f ,

где f – коэффициент трения саней или тележки по опорной поверхности (см. прил. 13).

5. Определяют усилие (кН), удерживающее оборудование от сдвига к фундаменту в начальный момент подъема (см. рис. 21,а),

Т=Р_г–F_т .

6. Определяют усилие (кН) для оттягивания основания оборудования от фундамента при отрыве его от земли (см. рис. 21,б)

Р_от=10∙G_o·(l_c – l_ц.м)·sin ω /l_c·cos (ω+ν),

где ω – угол между продольной осью оборудования и вертикалью; ν – угол наклона оттяжки к горизонту.

Угол ω находят из соотношения sin ω = а / l_c . По усилию Р_от рассчитывают канат для оттяжки (см. п.2) и подбирают лебедку (см. прил. 12).

7. Находят усилие в каждом полиспасте при полностью поднятом оборудовании:

Р_п=10G_оК_н / (2cоs φ)+Р_от sin (v / 2),

где К_н – коэффициент неравномерности нагрузки на полиспаст (К_н=1,2); φ – угол наклона полиспаста к мачте. По усилию Р_п рассчитывают грузовой полиспаст (см. п.7).

8. Усилие в нерабочей ванте определяют по прил. 14, усилие в рабочей ванте (см. рис. 21,а) – по формуле

Р_р.в=Р·sin β / sin γ ,

где γ – угол между вантой и мачтой. По усилию Р_р.в рассчитывают якоря (см. п.9) и канат для ванты (см. п.2).

9. Находят усилие в боковой ванте Р_б.в (см. рис. 21,б):

Р_б.в=Р_п ·sin φ / sin γ .

По усилию Р_б.в рассчитывают канат (см. п.2) и якорь (см. п.9).

10. Находят суммарное сжимающее усилие, действующее по оси каждой мачты:

S_м=Р_п·К_п·К_д·cos φ+Р_б.в·cos γ+n Р_н.в·sin α+Р_р.в·cos γ +S_п+10G_м·К_п+10G_п·К_п ,

где n – количество нерабочих вант; Р_н.в – усилие первоначального натяжения нерабочих вант, кН (см. прил. 14); S_п – усилие в сбегающей ветви грузового полиспаста, кН; G_м – масса мачты,т; G_п – масса полиспаста, т. По усилию S_м рассчитывают сечение мачты (см. п.10.3).

Пример 10. Рассчитать такелажную оснастку для подъема аппарата колонного типа массой G_о=120 т, высотой Н=36 м, диаметром D=2,6 м способом скольжения опорной части с отрывом от земли парными монтажными мачтами. Расстояние от центра массы до основания колонны l_ц.м=18 м, высота фундамента h_ф=4 м, расстояние от места строповки до основания аппарата l_c=24 м. Расстояния, обозначенные на рис. 22: b=18 м; h=3 м; а=4 м; α=20⁰. Масса мачты G_м=11 т; масса полиспаста G_п=4 т; усилие в сбегающей ветви полиспаста S_п=8 кН.

Решение:

1. Вертикальную составляющую подъемного усилия в начальный момент подъема аппарата рассчитываем по формуле

Р_в=10G_оl_ц.м / l_c=10·120·18 / 24=900 кН .

2. Определяем угол наклона полиспаста к вертикали:

tg β= = =0,563; β ≈ 30⁰.

3. Находим подъемное усилие в обоих полиспастах:

Р=Р_в·сos β =900·0,866=779,4 кН .

В каждом полиспасте

Р₁= 389,5 кН.

4. Горизонтальную составляющую подъемного усилия определяем по формуле

Р_г=Р·sin β =779,5·0,5=389,8 кН .

5. Находим силу трения при перемещении опоры аппарата на металлических санях по двутавровым балкам со смазкой (коэффициент трения f выбираем по прил.13):

F_т= G_о(1–l_ц.м / l_c)f=10·120 (1 – 18 / 24)· 0,1=30 кН.

6. Необходимое усилие для удержания аппарата от сдвига в начальный момент подъема определяем по формуле

Т=Р_г–F_т=389,8–30=359,8 кН .

7. Находим угол ω между продольной осью колонны и вертикалью при а=4 м:

sin ω = =0,167; ω ≈ 10⁰ .

8. Определяем усилие в оттяжке основания колонны при v=5⁰:

Р_от= 10 G_о (l_c – l_ц.м)sin ω / l_c cos (ω +ν) = 10·120·(24–18)·0,167 / 24·0,966 =

51,9 кН.

9. Рассчитываем усилие в каждом полиспасте при полностью поднятом оборудовании при φ=12⁰:

Р_п=10G_o К_н/(2cоs φ)+Р_от·sin v/2=10·120·1,2 / 2·0,978+51,9·0,087 / 2=738,3 кН.

10. Усилие в рабочей ванте при γ=45⁰ определяем по формуле

Р_р.в=Р·sin β / sin γ = 779,4·0,5 / 0,707=551,2 кН .

11. Усилие в боковых вантах определяем как

Р_б.в=Р_п·sin φ/ sin γ=738,3·0,208 / 0,707=217,2 кН .

12. Суммарное сжимающее усилие, действующее по оси мачты находим по формуле

S_м=Р_п·К_п·К_д·cos φ+Р_б.вcos γ+P_р.вcosγ+nР_н.в·sinα+S_п+10G_м·К_п+10G_п ·К_п = 738,3·1,1·1,1·0,978+217,2·0,707+551,2·0,707+50·0,342+8+10·11·1,1+10·4·1,1= =1498,1 кН .