2. Грузозахватные устройства

Грузозахватные устройства (ГЗУ) предназначены для захвата и соединения груза с погрузо-разгрузочными средствами.

Различают два типа ГЗУ:

• грузозахватные органы – неотъемлемая часть ПРС, находятся в постоянном соединении с данным средством и являются элементами механизма подъема (крюки);

• грузозахватные приспособления – не являются принадлежностью ПРС и представляют собой самостоятельное изделие многократного использования, навешиваемое на грузозахватный орган (стропы, захват и др.) и называемое съемным, навесным или инвентарным.

По конструкции ГЗУ делятся на:

• универсальные – предназначены для обработки широкой номенклатуры грузов (крюки, стропы, сетки, площадки, траверсы и т.п.);

• специальные – предназначены для обработки конкретных грузов.

По виду захватываемого груза выделяют ГЗУ для штучных, длинномерных, навалочных, контейнерных и др. грузов.

По степени механизации труда (по принципу действия) ГЗУ подразделяются на:

• ручные;

• полуавтоматические;

• автоматические.

Автоматические и полуавтоматические ГЗУ, в свою очередь, дополнительно подразделяются на ГЗУ с механическим, электромеханическим, пневматическим и гидравлическим приводом управления захватами.

В силу того, что ГЗУ является связующим звеном между грузом и грузонесущим органом ПРС, транспортная характеристика груза определяет тип и конструктивное исполнение ГЗУ.

По способу взаимодействия груза с ГЗУ последние делятся на:

• зачерпывающие – ковши, грейферы, совки;

• поддерживающие – стропы, траверсы, подхваты;

• зажимные – клещевые, фрикционные, эксцентриковые;

• притягивающие – вакуумные, магнитные, электромагнитные.

По типу ПРС выделяют ГЗУ для кранов (всех видов) и погрузчиков.

По способу управления ГЗУ бывают с ручным, дистанционным, полуавтоматическим и автоматическим управлением.

Канаты

Канат – основной гибкий тяговый (несущий) элемент практически любого грузоподъемного устройства. Он предназначен для:

• соединения груза с захватными органами ПРМ;

• преобразования вращательного движения барабана механизма подъема лебедки в поступательное движение груза;

• подвешивания стрел и другого оборудования ПРС;

• организации подвесных канатных дорог;

• изготовления различных ГЗУ и их элементов.

По материалу, из которого изготавливают канаты, они подразделяются на стальные, из органических волокон, из синтетических волокон.

Стальной канат состоит из определенного количества проволок, как правило круглого сечения.

Канаты классифицируются по следующим признакам.

По форме поперечного сечения канаты бывают круглые и плоские (прямоугольные).

По конструкции различают канаты:

• одинарной свивки – проволока сразу свивается между собой в канат;

• двойной свивки – проволока сначала свивается в пряди, а они затем в канат;

• тройной свивки – получаются переплетением канатов двойной свивки и называется стренг.

По форме поперечного сечения прядей канаты делят на:

• круглопрядные;

• фасонные – трехгранные, овальные или иной формы.

По типу свивки прядей и канатов одинарной свивки канаты делятся на следующие типы:

• ЛК – с линейным касанием проволок разного диаметра между слоями;

• ТК – с точечным касанием проволок одного диаметра между слоями;

• ТЛК (ЛТК) – с комбинированным точечно-линейным (линейно-точечным) касанием проволок между слоями;

• ПК – с полосовым касанием проволок (получают с помощью обжимной деформации прядей).

По материалу сердечника канаты бывают:

• с органическим сердечником – пенька, джут, кенаф и т.п.;

• металлическим сердечником – витым из канатных проволок;

• сердечником из искусственных синтетических волокон – нейлон, капрон и т.п.

По способу свивки канаты делятся на:

• раскручивающиеся (Р) – после разрезания проволоки и пряди в канатах на концах образуются «метелки»;

• нераскручивающиеся (Н) – проволоки и пряди в канатах сохраняют свое первоначальное положение.

По степени крутимости канаты бывают:

• крутящиеся – крутятся под действием растягивающей нагрузки (в таких канатах свивка всех элементов имеет одинаковое направление);

• малокрутящиеся – многослойные с противоположным направлением свивки прядей в канатах.

По механическим свойствам проволоки (физико-механические свойства стали) канаты выпускают:

• высшей марки В;

• первой марки I;

• второй марки II.

По назначению канаты разделяют на:

• ГЛ – грузолюдские, предназначены для подъема людей и опасных грузов и изготовляются из проволоки высшей марки;

• Г – грузовые, применяются только для подъема грузов;

• Б – бензельные (вспомогательные), используются для обвязки грузов.

По виду покрытия поверхности проволок различают канаты:

• Л – из светлой проволоки без покрытия для легких условий эксплуатации;

• С – из проволоки с тонким слоем цинкового покрытия для средних условий эксплуатации;

• Ж – из проволоки с цинковым покрытием средней величины для жестких условий эксплуатации;

• ОЖ – из проволоки с толстым цинковым покрытием для очень жестких условий эксплуатации;

• П – из проволоки покрытой различными полимерными материалами (капроном, полихлорвинилом и др.).

Конструкции, назначения и параметры конкретных канатов регламентированы требованиями ГОСТ. Маркировка каната содержит следующие сведения:

• диаметр каната;

• назначение;

• марку проволоки;

• вид покрытия проволоки;

• направление свивки элементов каната;

• способ свивки;

• степень крутимости;

• маркировочную группу и номер соответствующего стандарта.

Применение стальных канатов как гибких несущих органов в конструкциях грузоподъемных устройств невозможно без выполнения на них концевых креплений, которые должны быть просты и надежны.

Различают два вида концевых креплений:

• неразъемные – применяют при изготовлении инвентарных грузозахватных устройств (на концах проволочного каната выполняют петли заплеткой, постановкой обжимной втулки или заливкой легкоплавкими сплавами);

• разъемные – используют при изготовлении неинвентарных грузоподъемных устройств для строповки специальных нестандартных тяжеловесных грузов (используются зажимы для стальных канатов, клиновые втулки, планки и т.п.).

Грузовые цепи

Кроме стальных канатов в ПРС и ГЗУ применяют сварные (штампованные) и пластинчатые цепи.

Сварные цепи, как правило, применяются в качестве подъемных на барабанах и талях, а также в качестве тяговых при ручном приводе механизмов и для строп.

Имеются две разновидности круглозвенных цепей:

• калиброванные СК – допустимое отклонение шага до 2,5% (работают в зацеплении со звездочками и цепными колесами при скоростях до 0,5 м/с);

• некалиброванные НК– с увеличенным отклонением шага до 3,5% (работают на гладких барабанах со скоростью до 1,5 м/с, а также используются для изготовления строп).

Условное обозначение этих цепей состоит из букв и цифр. Буквами обозначают разновидность цепи, цифрами перед тире указывают диаметр цепной стали в мм, после тире – шаг цепи в мм.

Пластинчатые цепи применяют в качестве грузовых и тяговых совместно со звездочками. Их применяют в цепных талях и др. устройствах. Они состоят из пластин с отверстиями, соединенных между собой параллельными валиками, расположенными на равных расстояниях (шагах) друг от друга.

Основной недостаток этих цепей – гибкость только в плоскости, перпендикулярной к осям шарниров. Для правильной работы цепи число зубьев звездочки должно быть более восьми.

Сравнительный анализ цепей и канатов показывает, что они существенно различаются между собой механическими и эксплуатационными свойствами – гибкостью, относительной прочностью, надежностью, массой и т.п. Таким образом, по эксплуатационным свойствам канаты имеют существенное преимущество по сравнению с цепями, поэтому они находят широкое применение на грузоподъемных машинах и грузозахватных устройствах.

Концевые захватные элементы

К ним относятся крюки, петли, кольца различной конфигурации, скобы, серьги, карабины, коромысла, коуши и др.

Грузовые крюки по форме разделяют на однорогие и двурогие, а по способу изготовления на кованные (штампованные) и пластинчатые.

Грузовые петли применяют для строповки грузов больших размеров, которые могут быть коваными или составными из шарнирно-соединенных элементов.

Стропальные кольца изготавливают неразрезными, круглыми из пруткового материала, овальными из стали круглого и прямоугольного сечения. Их выбирают в зависимости от конфигурации и массы груза. Овальные кольца используют чаще, так как они лучше центруются относительно крюка. Их недостаток – невозможность разборки и замены строп. Более удобны карабины и серьги.

Карабины – удобные в эксплуатации разборные концевые элементы, выпускающиеся грузоподъемностью от 0,5 до 2,5 т.

Серьги (подвески) обеспечивают легкую и быструю замену изношенных ветвей стропов, выпускаются грузоподъемностью от 2 до 5 т.

На базе основных узлов и деталей универсальных ГЗУ изготавливается большое количество универсальных приспособлений.

Съемные грузозахватные устройства

Для соединения перемещаемого груза с грузовым органом грузоподъемного крана применяют съемные (навешиваемые) грузозахватные устройства (приспособления), не являющиеся принадлежностью ПРС и представляющие собой самостоятельное изделие многократного использования.

Стропами называют отрезки канатов или цепей, соединенные в кольца или снабженные концевыми захватными элементами, обеспечивающими быстрое, удобное и безопасное закрепление грузов.

Пеньковые стропы применяются для строповки грузов с массой не более 1,5 т.

Траверсы – съемные грузозахватные устройства, предназначенные:

• для строповки длинномерных и крупногабаритных грузов;

• предохранения поднимаемых грузов от воздействия сжимающих усилий, возникающих при применении обычных стропов.

Разнообразие строительных грузов по габаритам, размерам, формам и массе приводит к различному конструктивному исполнению траверс.

По конструкции траверсы подразделяют на:

• плоскостные – применяют для строповки балок, колонн, стеновых панелей, ферм, листового металла и др.;

• пространственные – служат для строповки объемных конструкций, технологического оборудования и т.п.

Плоскостные траверсы выполняют балочными или решетчатыми в виде ферм. Длина балочной траверсы обычно не превышает 4 м.

Наибольшее распространение получили траверсы грузоподъемностью от 4 до 16 т.

Подхваты – грузозахватные устройства, рабочие органы которых располагаются непосредственно под грузом или проходят в монтажные петли, отверстия груза или поддона, на котором лежит груз.

По конструкции различают лапчатые, вильчатые, коромысловые, подхваты-футляры.

Лапчатые и вильчатые подхваты по способу подведения лап (вил) под груз различают с неповоротными, горизонтально и вертикально поворотными лапами (вилами).

Коромысловые подхваты применяют в основном для строповки элементов, имеющих сквозные отверстия – например, для строповки панелей перекрытий.

Подхваты-футляры применяют для погрузки-выгрузки тарно-упаковочных и штучных грузов, сформированных в пакеты.

Клещевые захваты имеют рычажную систему в виде клещей, свободные концы которых изогнуты по форме груза или снабжены колодками, прижимаемыми к грузу для его удержания посредством силы трения.

По способу захвата и удержания они делятся на:

• охватывающие – концы рычагов охватывают груз или его элементы;

• зажимные – рычаги удерживают груз путем сжатия и распора груза;

• фрикционные – груз удерживается силой трения путем сжатия прижимными элементами.

Поверхности колодок фрикционных захватов для улучшения трения делают рельефными.

Эксцентриковые захваты применяют для строповки стальных листовых конструкций. Они делятся на две группы: с односторонним и двухсторонним расположением эксцентриков.

В таких захватах зажимным органом является эксцентрик (кулачок, диск, рычаг), насаженный на вал так, что его центр смещен относительно геометрической оси вала на определенное расстояние – эксцентриситет.

Клиновые захваты применяют для строповки грузов, имеющих круглые отверстия, предназначенные для этого.

Основными частями клинового захвата являются размещенные в отверстиях груза распорные элементы и конусообразный клин. Распорные элементы выполняются в виде конических сегментов, клиновидных кулачков или призматическими.

Захваты, встроенные в рабочий орган машины

Многие ПРМ имеют встроенные в рабочий орган захваты. В большинстве случаев это сменные устройства, применяемые на погрузчиках, кранах, экскаваторах и других ПРС.

Указанные захваты по устройству достаточно просты и не требуют применения ручного труда в процессе работы. Для погрузчиков и кранов-штабелеров наибольшее распространение получили вилочные и штыревые захваты, а также стрелы с крюком.

Подъемные электромагниты – предназначены для подъема и перемещения грузов из ферромагнитных материалов (сортового проката, черных металлов, стальной стружки, металлолома и т.п.). Они бывают двух видов:

• круглые (М) – грузоподъемностью 6…20 т;

• прямоугольные (ПМ) – грузоподъемностью 7…17 т.

По конструкции они почти не различаются, только имеют различные корпуса.

К недостаткам подъемных электромагнитов относятся:

• непостоянная по величине грузоподъемность;

• недостаточная надежность соединения с перемещаемым грузом;

• значительное нагревание во время работы;

• необходимость оснащения крана кабельным барабаном;

• возникновение во время работы вредных электромагнитных полей.

Грейферные захваты – специальные грузозахватные устройства с поворотными челюстями, предназначенные для работы с насыпными и кусковыми материалами, а также для перегрузки длинномерных лесоматериалов. Рабочими элементами грейфера являются челюсти, шарнирно закрепленные на раме.

По конструкции различают грейферы:

• двухчелюстные – предназначенные для насыпных грузов;

• многочелюстные – для крупнокусковых грузов;

• трех- четырехлапные – перерабатывают длинномерные грузы.

По типу привода механизма замыкания челюстей грейферы разделяют на две группы:

• канатные – челюсти замыкаются посредством одного или нескольких канатов;

• приводные – снабжены для привода челюстей специальным механизмом.

Грузоподъемные краны обычно оснащают одноканатными съемными грейферами, навешиваемыми на крюк.

Существует несколько конструкций одноканатного грейфера:

• с падающим рычагом;

• с промежуточной траверсой;

• с компенсирующими барабанами;

• раскрываемые с помощью колокола.

Ковш один из самых распространенных захватов, предназначенных для погрузки навалочных и мелкокусковых грузов. Он входит в комплект сменных ГЗУ таких ПРМ как экскаваторы, ковшовые погрузчики, авто и электропогрузчики.

Основной характеристикой ковша является его вместимость, которая зависит от назначения ковша. Экскаваторы комплектуются ковшами от 0,15 до 35 м³ и более. Погрузчики – от 0,2 до 2,5 м³.

Стандартные ковши с прямой режущей кромкой используют при перегрузке песка, гравия и глинистых грунтов с навалочной плотностью 1,4…1,8 т/м³. Ковши повышенной вместимости (в 1,5…2 раза) применяют при перегрузке древесной щепы, бытовых отходов, угля, торфа, снега, сельскохозяйственных грузов.

Вакуумные захваты работают по принципу создания вакуума (разряжения воздуха) в вакуумной камере устанавливаемой на поверхность груза.

С их помощью перемещают изделия из металла, камня, бетона, дерева, пластмассы, стекла, а также листы с рифленой, волнистой, сильно корродированной поверхностью.

Управление захватом может быть ручным или дистанционным.

Полуавтоматические и автоматические захваты частично или полностью, соответственно, исключают труд стропальщиков.

Полуавтоматический захват-строп применяется в случаях, когда работа стропальщика по освобождению груза затруднена. Такие работы выполняют с помощью полуавтоматического стропа с замком. Он позволяет быстро выполнить строповку и расстроповку грузов.

Полуавтоматические захваты клещевого типа предназначены для транспортировки строительных изделий с опорными поверхностями, представляющими собой плоскости с различными отверстиями.

Для перегрузки крупнотоннажных контейнеров используют автоматические приводные захваты – спредеры.

Все грузозахватные устройства должны отвечать следующим требованиям:

• соответствовать свойствам и форме перемещаемого груза;

• обеспечивать полную сохранность груза и тары;

• обеспечивать быстрый захват и освобождение груза;

• соответствовать объему грузопотока;

• иметь простую конструкцию, минимальный собственный вес и габаритные размеры при достаточной прочности;

• обладать высокой надежностью;

• быть удобным в эксплуатации при минимальных экономических затратах;

• удовлетворять требованиям охраны труда и техники безопасности.

Типовые расчеты грузозахватных устройств

и общая методика их конструирования

Расчет канатов

Канаты выбирают по расчетному разрывному усилию каната в целом – агрегатной прочности S_р, с таким расчетом, чтобы расчетное разрывное усилие каната было равно его максимальному натяжению S_max, умноженному на коэффициент запаса прочности каната k, но не превышало разрывное усилие каната в целом по стандарту (S_гост – приводится в ГОСТ и справочниках).

Коэффициент запаса прочности стальных канатов, используемых в качестве грузовых, зависит от режима работы и обычно равен 4…6. Коэффициент запаса прочности у пеньковых строп должен быть не менее 8, у цепных – не менее 5.

Основным документом на стальной канат является сертификат, выдаваемый заводом-изготовителем, в котором указаны все необходимые параметры каната и результаты испытаний.

Расчет строп

Одноветвевые стропы рассчитываются также, как и канаты. Многоветвевые стропы (числом строп – n), ветви которых работают в наклонном к вертикальной оси положении, зависят от угла наклона a.

С увеличением n и уменьшением а натяжение каждой из ветвей стропа уменьшается. При увеличении угла между ветвями стропа более 120 (а60) или уменьшения угла наклона к горизонту (менее 30) может произойти разрушение стропа. Поэтому для обеспечения надежной работы стропа рекомендуется располагать его под углом к горизонту не менее 45 (между ветвями стропа не более 90).

Выбор стропов производят в зависимости от габаритов груза и его массы при соблюдении угла между ветвями. Ветви стропов при подъеме грузов должны быть равномерно натянутыми, при этом равнодействующая от натяжения стропов должна проходить через центр тяжести поднимаемого груза.

При расчетном значении а90 применяют траверсу с вертикальными стропами.

Расчет бокового захвата

Расчет производиться на основании сил сжатия груза клещами исключающими проскальзывание груза.

Для надежного удерживания груза захват должен развить усилие сжатия, учитывающее возможное изменение коэффициента трения f между грузом и захватом, в зависимости от груза и условий работ.

Обычно вес захвата в расчетах принимают равным 10% от веса поднимаемого груза.

Расчет эксцентрикового захвата

При расчете эксцентрикового захвата исходят из предпосылки, что при подъеме, например металлического листа весом G_гр эксцентрик затягивается силой, равной G_гр, в результате чего возникает усилие распора N. Оно вызывает силы трения F₁ и F₂.

Коэффициенты трения листа об эксцентрик f₁ и заднюю стенку f₂ обычно принимают равными 0,15 и 0,1 соответственно. Для надежного удержания груза должно соблюдаться условие .

При эксплуатации ГЗУ необходимо следить за состоянием рифленой поверхности эксцентрика.

Порядок проектирования ГЗУ

При доставках грузов потребителям приходится сталкиваться с необходимостью проектирования ГЗУ для новых видов грузов и модернизации существующих.

Перед началом работ по созданию (модернизации) ГЗУ необходимо составить задание на проектирование (техническое задание), которое должно содержать следующие сведения:

1. характеристика погрузочно-разгрузочного оборудования (ПРО);

2. обоснование необходимости оснащения ПРО специализирован-ным ГЗУ;

3. требования, предъявляемые к конструкции ГЗУ;

4. характеристика груза.

Для успешной разработки необходимо большое количество данных. Проектирование ГЗУ начинается с разработки технического предложения, которое включает анализ существующих ГЗУ. Затем производится разработка конструкции по следующим вопросам:

1. разработка схемы строповки груза;

2. разработка принципиальных схем ГЗУ;

3. расчет схем;

4. выделение унифицированных элементов устройства и выделение сборочных единиц и деталей;

5. разработка сборочных единиц и деталей;

6. выполнение компоновки ГЗУ;

7. отработка компоновочного решения;

8. разработка деталировки.

Как видно, конструирование ГЗУ – достаточно сложный и кропотливый процесс, который желательно выполнять по шагам с возвратом от последующих к предыдущим пунктам для проверки и уточнения.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое грузозахватные устройства, их классификация?

2. По каким признакам классифицируются канаты?

3. Какие требования ГОСТ предъявляются к канатам?

4. Какие грузовые цепи применяются при погрузочно-разгрузочных работах?

5. Чем обусловлен внешний вид грузовых крюков и грузовых петель?

6. В чем отличие строп от траверс, где их основное применение?

7. Какие основные отличия конструкций и областей применения подхватов и

захватов вы знаете?

8. Какая методика применяется для расчетов и проектирования ГЗУ?