2. Расчет стальных канатов

При выполнении такелажных работ, связанных с монтажом различного технологического оборудования, применяются стальные канаты. Они используются для изготовления стропов и грузовых подвесок, в качестве оттяжек, а также для оснастки полиспастов, лебедок и монтажных кранов.

Расчет каната сводится к определению разрывного усилия R_к, по которому затем и подбирается канат:

R_к=S·К_з,

где S – максимальное расчетное усилие в канате, кН; К_з – коэффициент запаса прочности (прил. 1).

Пример 1. Подобрать и рассчитать стальной канат для электролебед-

ки с легким режимом работы тяговым усилием S=100 кН.

Решение:

1. Определяем разрывное усилие в канате, выбрав коэффициент запаса прочности К_з=5 для грузового каната с легким режимом работы:

R_к=S·К_з=100·5=500 кН.

2. Выбираем для лебедки гибкий канат типа ЛК-РО конструкции 6×36+1 о.с. и по прил. 2 определяем его характеристики:

временное сопротивление разрыву, МПа…………………. 1764

разрывное усилие, кН………………………………………….. 517

диаметр каната, мм…………………………………………... 31

масса 1000 м каната, кг……………………………………….. 3655

3. Расчет канатных стропов

Стропы служат для подвешивания поднимаемого груза к крюку грузоподъемного механизма. Витой строп, допущенный к эксплуатации, снабжается металлической биркой с указанием основных технических данных.

Канатные стропы рассчитывают в следующем порядке (рис. 1):

1. Определяют натяжение в одной ветви стропа

S = ,

где Р – расчетное усилие, приложенное к стропам, кН; n – общее количество ветвей стропа; α – угол между направлением действия расчетного усилия и ветвей стропа (рекомендуется назначать не более 45⁰).

2. Находят разрывное усилие в ветви стропа:

R_к=S·К_з ,

где К_з – коэффициент запаса прочности для стропа (определяется по прил. 1).

Рис. 1. Расчет стропов

3. По расчетному разрывному усилию из прил. 2 подбирают гибкий стальной канат и определяют его технические данные.

Пример 2. Рассчитать и подобрать стальной канат для стропа, применяемого при подъеме горизонтального теплообменного аппарата массой G=15 т (см. рис. 1), если известно, что α = 45⁰, а общее количество ветвей стропа n=4.

Решение:

1. Определяем натяжение в одной ветви стропа:

S= 53 кН.

2. Разрывное усилие в ветви стропа находим по формуле:

R_к=S·К_з =53·6=318 кН.

По разрывному усилию (прил. 2) подбираем канат ЛК-РО конструкции 6×36+1 о.с. ГОСТ 7668-80 со следующими характеристиками:

Временное сопротивление разрыву, мПа………………… 1960

разрывное усилие, кН………………………………………… 338

диаметр каната, мм………………………..………………… 23,5

масса 1000 м каната, кг……………………………………... 2130

4. Расчет элементов грузоподъемных средств, работающих на поперечный изгиб

В такелажных приспособлениях и грузоподъемных устройствах широко используются элементы, работающие как балки на поперечный изгиб. К таким элементам относятся траверсы, монорельсы, кран-балки, ригели порталов, шевров и др.

В зависимости от назначения и величины нагрузок они могут быть сплошными, выполненными из одиночных швеллеров, двутавров, или стальных труб, либо сквозными. Сквозные составлены из парных швеллеров или двутавров, соединенных стальными пластинами, а также из стальных труб, усиленных элементами жесткости (уголками, пластинами и т.п.).

Балки, работающие на поперечный изгиб, рассчитывают в следующем порядке:

1. Подсчитывают нагрузки, действующие на балку с учетом всех внешних факторов (массы, поднимаемого груза, усилий в оттяжках и ветвях полиспатов и т.д.). При этом действующие нагрузки берут с учетом коэффициентов перегрузки К_п и динамичности К_д, которые принимают равными 1,1.

2. Находят максимальный изгибающий момент от действующих расчетных нагрузок М_max. В практических расчетах изгибающим моментом от собственной массы балки можно пренебречь.

3. Вычисляют требуемый момент сопротивления поперечного сечения балки

W_тр .

4. Для сплошных балок, пользуясь прил. 5–7, выбирают стандартный профиль с моментом сопротивления, ближайшим к большему требуемому W_тр. Для сквозных балок момент сопротивления рассчитывают при условии, что он должен быть также не менее W_тр.

5. При необходимости определяют прогиб балки и сравнивают его с допускаемым прогибом.

На рис. 2 представлена монтажная балка с закрепленным за средину полиспастом, предназначенным для подъема аппарата.

Расчет монтажной балки выполняют в следующем порядке:

1. Определяют усилие, действующее на монтажную балку в точке подвески полиспаста с учетом К_п и К_д.

Р=10·G_о К_п К_д / n + 10· G_п К_п + S_п,

где ·G_о – масса поднимаемого аппарата, т; n – количество полиспастов; G_п – масса полиспаста, т; S_п – усилие в сбегающей ветви полиспаста, кН.

Рис. 2. Расчетная схема монтажной балки

2. Максимальный изгибающий момент рассчитывают по формуле

М_max = ,

где l – пролет монтажной балки.

3. Вычисляют требуемый момент сопротивления, по которому подбирают стандартный профиль

W_тр = ,

где R – расчетное сопротивление, МПа (прил. 3); m – коэффициент условия работы.

Пример 3. Рассчитать монтажную балку пролетом l=3 м для подъема аппарата массой 18 т одним полиспастом, закрепленным за средину балки, если известно, что масса полиспаста G_п=1,2 т, усилие в сбегающей ветви S_п=35 кН. Материал балки Ст.3.

Решение:

1. Определяем усилие, действующее на монтажную балку в точке подвески полиспаста:

Р = 10·G_оК_п К_д+10G_пК_п+S_п=10·18·1,1·1,1+10·1,2·1,1+35=266 кН.

2. Максимальный изгибающий момент в монтажной балке рассчитываем по формуле

М_max = кН·см.

3. Находим требуемый момент сопротивления поперечного сечения монтажной балки

W_тр= =19950 / (0,85·0,1·210)=1117,6 см³.

4. Для балки сплошного сечения (прил. 5) принимаем двутавр № 45 с W_х=1231 см³, что удовлетворяет условию W_х>W_тр.