9.11. Грузоподъёмные механизмы
В строительстве грузоподъёмные машины применяются при монтаже конструкций промышленных и жилых зданий; при установке и монтаже оборудования; для подачи строительных материалов, деталей и конструкций к месту их укладки или установки.
Используемые на строительной площадке грузоподъёмные машины в зависимости от их конструкций и назначения можно разделить на следующие группы.
Простые машины:
- домкраты (машины, воздействующие на груз снизу) – предназначены для подъёма груза на небольшую высоту;
- строительные лебёдки – применяются для подъёма и подтягивания грузов или являются составной частью более сложных машин;
- тали – предназначены для подъёма груза на небольшую высоту;
- строительные подъёмники – служат для подъёма груза на платформе, перемещающейся по направляющим.
Краны:
- стреловые стационарные – поднимают и перемещают груз в пределах площадок, охватываемой стрелой; используются для монтажа конструкций и оборудования;
- башенные – передвигаются по рельсовым путям; используются для перемещения грузов и монтажа конструкций в зоне рельсового пути; наличие башни даёт возможность обслуживать площадь, охватываемую стрелой, на большой высоте;
- самоходные стреловые – предназначены для монтажных и погрузочно-разгрузочных работ; отличается большой маневренностью; зона, обслуживаемая краном, может быть любой конфигурации;
- кабельные – производят перемещение грузов и монтаж конструкций в зоне каната, натянутого между двумя опорами; канат служит несущей конструкцией для перемещения грузов;
- козловые – используются для перемещения грузов и монтажа конструкций в пределах площади прямоугольника, обслуживаемого краном;
Простые грузоподъёмные машины обеспечивают в основном только вертикальные перемещения грузов и поэтому состоят из одного механизма подъёма.
Краны перемещают грузы, как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении. Поэтому у них, кроме механизма подъёма груза, имеются все или часть следующих механизмов: поворота, горизонтального перемещения груза, изменения наклона стрелы и передвижения крана. Механизмы грузоподъёмных машин состоят из общемашиностроительных деталей и узлов и из специальных (стальные канаты, блоки, барабаны и т.п.). Применение тех или иных специальных деталей и узлов обусловлено спецификой работы грузоподъёмных машин.
9.11.1. Простые грузоподъёмные механизмы
9.11.1.1.Домкраты
Эти устройства могут иметь ручной, электрический, гидравлический или пневматический привод.
Устройства с ручным приводом основаны на том, что человек, прикладывая сравнительно малое усилие – в среднем 16кгс (160Н), может поднимать значительный груз.
Домкраты обычно используют для подъёма груза на небольшую высоту, причём воздействие на груз снизу; их делят на реечные (грузоподъемностью до 6т, высота подъёма до 0,5м), винтовые (грузоподъёмностью от 2т до 50т, высота подъёма до 0,38м) и гидравлические (грузоподъёмностью 50…500т, высота подъёма 0,15…0,2м).
Домкраты представляют собой компактные грузоподъёмные устройства. Подъём груза они осуществляют плавно. Домкраты общего назначения и специальные применяются на различных монтажных, выверочных и ремонтных работах, при бестраншейной прокладке трубопроводов, используются в конструкциях строительных машин (кранов, экскаваторов, подъёмников) в качестве выносных опор и т.п.
Реечный домкрат (рис. 9.97.) состоит из деревянного или металлического корпуса 1, в котором по направляющим перемещается зубчатая рейка 2, имеющая наверху грузовую поворотную головку 3, а внизу лапу 4 для подъёма низко расположенных грузов. Грузоподъёмность на лапе обычно равна половине основной грузоподъёмности на головке домкрата. Рейка перемещается в направляющих корпуса при вращении рукоятки 5, передающей движение через зубчатую передачу 6 с одной или двумя парами шестерён. Передаточное число одной зубчатой пары 4-6, а число зубьев малых (ведущих) шестерён не превышает 4-5. Для удержания поднятого груза служат храповое колесо 7 с собачкой 8.
Рис. 9.97. Реечный домкрат
1 - корпус; 2 - зубчатая рейка; 3 - поворотная головка; 4 - лапа; 5 - рукоятка; 6 - зубчатая передача; 7 - храповое колесо; 8 - собачка.
Усилие (в Н) на рукоятке для подъёма груза
,
где Q – вес груза, Н; dш – диаметр начальной окружности шестерни, находящийся в зацеплении с рейкой, мм; R – длина рукоятки, R=200-250мм;
i – передаточное число зубчатой передачи; η – КПД передачи (при одной зубчатой паре η=0,8-0,85; при двух зубчатых парах η=0,65-0,7)
Реечные домкраты изготавливают грузоподъёмностью 3-5т при максимальной высоте подъёма 0,4-0,6м. Они применяются для правки стальных конструкций, выверки колонн, подъёма грузов, а также при погрузочно-разгрузочных, монтажных и ремонтных работах.
Винтовой домкрат (рис. 9.98.) перемещает груз вращающимся стальным винтом 3, составляющим винтовую пару с бронзовой или чугунной гайкой, запрессованной в металлический корпус 7. Гайка и винт имеют однозаходную прямоугольную или трапециидальную резьбу. На головке винта шарнирно закреплена опорная грузовая чаша 1, воздействующая на груз. Для вращения винта используют рукоять 2 с храповым колесом 5 и двусторонней собачкой 6. Храповое колесо крепится к винту, собачка – к рукоятке. При возвратно-поступательном движении рукоятки зуб собачки входит в зацепление с зубьями храпового колеса и поворачивает его вместе с винтом. Винтовые пары домкратов выполняют самотормозящимися (угол подъёма винтовой линии α меньше угла трения ρ), что исключает возможность самопроизвольного вращения винта под действием нагрузки. Соблюдение условия самоторможения отрицательно влияет на КПД домкрата, который не превышает 0,3-0,4. Низкий КПД является недостатком винтовых домкратов.
При определении окружного усилия Р, приравняем работу, совершаемую рабочим за один оборот рукоятки домкрата, к работе, которая затрачивается на подъём груза.
,
где P – окружное усилие, прилагаемое рабочим, Н; R – длина рукоятки, мм; Q – вес поднимаемого груза или величина преодолеваемого сопротивления, Н; S – величина перемещения груза на один оборот рукоятки (соответствует шагу винта домкрата), мм;
η – КПД устройства.
где
Также окружное усилие Р (в Н), прилагаемое к рукоятке при подъёме груза весом Q (в Н), может быть определено как
где r – средний радиус резьбы винта, мм; ρ – угол трения в резьбе, град; α – угол подъёма винтовой линии, α=4-6º.
В связи с тем, что винтовые домкраты чаще всего самотормозящиеся, то они не требуют никаких дополнительных устройств для удержания груза.
В
интовые
домкраты изготавливаются грузоподъёмностью
от 2 до 50т. При грузоподъёмности,
превышающей 20т, вращение винта домкрата
осуществляется через червячную передачу.
Винтовые домкраты имеют ручной или
электрический привод. Они используются
как при монтажных и ремонтных работах,
так и для осуществления наиболее
рациональных механизированных способов
подъёма опалубки, подмостей и т.д.
Рис. 9.98. Винтовой домкрат
1 - опорная грузовая чаша; 2 - рукоять; 3 - вращающийся стальной винт; 4 - чугунная или бронзовая гайка; 5 - храповое колесо; 6 - двухсторонняя собачка; 7 - металлический корпус.
Гидравлический домкрат. По сравнению с винтовыми и реечными домкратами обладают большей грузоподъёмностью (до 300т), плавностью подъёма и опускания груза, точностью остановки его на заданном уровне и более высоким КПД. Гидравлический домкрат с ручным приводом (рис. 9.99.) состоит из цилиндра 1 с поршнем 2, плунжерного насоса и бака 3 для рабочей жидкости. Рабочей жидкостью служит веретённое масло или незамерзающая смесь (вода, смешанная со спиртом и глицерином). Плунжерный насос включает цилиндр 4, плунжер 5, перемещением рукоятки 6, нагнетательный 7 и всасывающий 8 клапаны. При возвратно-поступательном движении плунжера жидкость из бака через клапаны 7 и 8 перекачивается в рабочий цилиндр 1 домкрата и давит на поршень 2, поднимая его вместе с грузом. Для опускания груза сливают жидкость из рабочего цилиндра обратно в бак 3 через сливной кран 9.
Гидравлический домкрат с ручным приводом имеют грузоподъёмность 5-200т при высоте подъёма до 0,18м, с механическим приводом – грузоподъёмность 50-300т. Для преодоления сопротивлений подъёма, по своей величине превышающих грузоподъёмность одного домкрата, соединяют несколько гидравлических домкратов в общую батарею, работающую от одного насоса с электроприводом.
Рис. 9.99. Гидравлический домкрат.
1 - цилиндр; 2 - поршень плунжерного насоса; 3 - бак с рабочей жидкостью; 4 - цилиндр;
5 - плунжер; 6 - рукоять; 7 - нагнетательный клапан; 8 - всасывающий клапан; 9 - сливной кран.
Для подъёма домкратом груза весом Q (Н) к рукоятке необходимо приложить усилие (в Н)
где η – КПД домкрата, η=0,8-0,9; i – общее передаточное отношение домкрата; D – диаметр поршня домкрата, мм; d – диаметр плунжера насоса, мм; R и r – плечи рукоятки, мм.
В беспоршневых домкратах в замкнутый объём, который может деформироваться (рис. 12.100.), накачивается масло под высоким давлением. Под действием этого давления стенки домкрата перемещаются; величина перемещения а (ход домкрата) достигает 20мм. Их грузоподъёмность достигает 200т. В этих домкратах
где F – площадь поперечного сечения домкрата, см2; Р – давление масла, мПа.
Рис. 9.100. Беспоршневой гидравлический домкрат.