2.7.5. Расчет усилий в канатах

Стальные канаты (ГОСТ 3241-80) используют в механизмах, полиспастах, различных монтажных приспособлениях, а также для изготовления стропов.

Наибольшее допускаемое усилие в канате определяют из выражения

S = P/k,

где Р – разрывное усилие канта, гарантированное паспортом (или взятое по ГОСТу для данного типа каната); k –коэффициент запаса прочности, принимаемый в зависимости от условий работы каната.

в чалочных канатах различных грузов массой:

до 50 т…………………………………………...8

свыше 50 т……………….………………...……6

в расчалках, оттяжки мачт и опор……………3,5

в канатах подьемно-транспортных устройств при режиме работы:

ручном………………………………………....4,5

машинном легком………………..……….…….5

машинном среднем…………………..……….5,5

машинном тяжелом и весьма тяжелом.

непрерывного действия………………..…….…6

Рис. 122. Шевр: 1 – грузовой полиспаст; 2 – рама; 3 – отводной блок; 4 – сбегающая к лебедке ветвь грузового поли спаста; 5 – канат для изменения вылета шевра

Рис. 123. Схема расчета натяжения в ветви чалочного каната

При подвеске груза к крюку с помощью нескольких ветвей чалочного каната (рис. 123) натяжение в каждой ветви определяется из выражения

, (44)

где Q – вес груза; m – число ветвей; α – угол наклона ветвей к вертикали; k_Н – коэффициент неравномерности нагрузки на ветви стропа.

Если груз подвешен на двух ветвях, то k_Н = 1. При числе ветвей больше двух k_Н = 1,3 –1,4; для устойчивого равновесия груза угол α не должен превышать 60º.

При такелажных работах применяют также пластинчатые и сварные цепи. Их используют в качестве строп или захватных приспособлений. Цепи рассчитывают аналогично стальным канатам с коэффициентом запаса прочности в зависимости от условий работы от 3 до 8.

При расчете применяется следующий коэффициент запаса прочности каната: для грузовых канатов к электролебедкам k ≥ 5, к ручным лебедкам k ≥ 4; для стропов и чалочных канатов k ≥ 6; для расчалок постоянно действующих кранов k ≥ 3,5. а для кранов и мачт со сроком работы до 1 года k ≥ 3,0.

Расчет на прочность стропов и чалочных канатов

Представим себе, что какой-либо груз подвешен на одном или нескольких параллельных вертикальных канатах. Канаты будут расположены почти вертикально в том случае, когда поперечные размеры груза не велики, а длина канатов значительна. При этом канаты будут подвергаться как растягивающим, так и изгибающим напряжениям; последние возникают из-за огибания канатом груза и его перегиба на углах.

Напряжения растяжения в канате не изменяются по величине и определяются массой груза и числом ветвей стропа. Изгибающие же напряжения зависят от формы груза, величины углов, огибаемых канатом; подсчет их величины затруднителен. Для простоты расчета стропы и чалочные канаты рассчитывают только на растяжение; для учета дополнительных напряжений от изгиба принимают при расчете повышенный коэффициент запаса прочности, равный 6.

При более значительных поперечных размерах груза и уменьшении высоты подвешивания груза направление ветвей стропа начинает значительно отклонятся от вертикали, как это видно на схеме. Угол α означает отклонение направления ветви стропа от вертикали. Чем больше отклонится строп от вертикали, т.е. чем больше угол α, тем большему растягивающему усилию будут подвергаться ветви стропа при одной и той же величине груза.

Таким образом, усилие, которому подвергается ветвь стропа, а следовательно, и диаметр каната стропа зависят от массы поднимаемого груза, числа ветвей стропа и угла наклона их к вертикали.

Формула для расчета усилия на одну ветвь стропа имеет следующий вид:

, (45)

где S – усилие на одну ветвь стропа, кгс; Q – масса груза, кг; m – число ветвей стропа; n – коэффициент, зависящий от угла α отклонения стропа по вертикали.

Угол α принимается равным 0, 15, 30, 45; Коэффициент n равен 1,00, 1,03, 1,15, 1,42.

Угол α более 45º следует изгибать из-за резкого возрастания усилия на строп.

Подсчитав усилие, действующее на одну ветвь стропа, умножают его на коэффициент запаса прочности и получают разрывное усилие, которое должен иметь канат, выбираемый для изготовления стропа. Затем по сертификату или из таблиц ГОСТа подбирают канат с разрывным усилием, равным или ближайшим большим к полученному по расчету.

Для тяжелых грузов, когда диаметр каната стропа из двух ветвей по расчету получается очень большим или канат требуемого по расчету диаметра отсутствует, может быть применен канат с двойным или большим (4, 6 и 8) числом ветвей и производится пересчет стропа на большее число ветвей.

Пример. Требуется определить диаметр каната стропа для подъема груза массой 5200 кг при угле отклонения ветвей стропа от вертикали α = 45º. Выбираем число ветвей стропа m = 2. Для α = 45º находим коэффициент n = 1,42. Тогда усилие, действующее на одну ветвь стропа S, будет равно

.

Необходимое разрывное усилие ветви стропа, изготовленного из стального каната, должно быть не менее

,

где k – коэффициент запаса прочности для стропов, k = 6. Тогда разрывное усилие ветви стропа будет равно

.

Таблица 49

Канаты двойной свивки типа ЛК-РО конструкции 6x36 (1+7+7/7+14)+1, органический сердечник (ГОСТ 7668-80)

Диаметр, мм						Расчетная масса 100 м смазанного каната, кг	Маркировочная группа по временному сопротивлению разрыву, кгс/мм2
Канаты	Проволоки						140	160	180	200
	центральной	1-го слоя	2-го слоя		3-го слоя (наружного)		Расчетное разрывное усилие каната в целом, кгс, не менее
	6 проволок	42 проволоки	42 проволоки	42 проволоки	84 проволоки
15,0	0,90	0,65	0,65	0,50	0,85	86,5	-	11450	12900	13850
18,0	1,1	0,8	0,8	0,6	1,0	124,5	-	16500	17950	19450
20,0	1,2	0,9	0,9	0,65	1,1	152,0	-	2020	21950	23950
22,0	1,3	1,0	1,0	0,7	1,2	183,0	21200	24250	26400	28650
23,0	1,40	1,05	1,05	0,8	1,3	212,0	24600	28150	30600	33250
25,5	1,60	1,15	1,15	0,85	1,4	249,5	28900	33100	36000	39100
27,0	1,70	1,2	1,2	0,9	1,5	280,0	32500	37200	40500	43950
29,0	1,80	1,3	1,3	0,95	1,6	321,5	37350	42650	46400	50400
31,0	1,90	1,4	1,4	1,0	1,7	365,5	42450	48500	52800	57300

Примечание. Канаты, разрывное усилие которых указано справа от жирной линии, изготовляются только из светлой проволоки.

По табл. 49 выбираем для стропа канат по ГОСТ 7668-69 диаметром 22,0 мм с расчетным пределом прочности проволоки 160 кгс/мм², имеющий разрывное усилие 24250 кгс. Если выбрать число ветвей стропа m = 4, то получим усилие на одну ветвь стропа:

.

Канат стропа должен в этом случае иметь разрывное усилие.

.

По таблице этому соответствует канат Ø 15 мм с расчетным пределом прочности проволоки 160 кгс/мм², имеющей разрывное усилие 11450 кгс, т.е. ближайшее большее к требуемому по расчету разрывному усилию 11100 кгс.

Вместо расчета для выбора диаметра стропа можно пользоваться данными табл. 50.

Таблица 50

Выбор диаметра стропа

Масса подни-маемого груза, т.				2 ветви каната			4 ветви каната
	Количество ветвей			Угол α, град			Угол α, град
	1	2	3	15	30	45	15	30	45
	Диаметр каната стропа, м
1	13,5	8,5	8,5	8,5	9,0	11,5	8,5	8,5	8,5
2	15,5	13,5	8,5	13,5	13,5	15,5	8,5	9,0	11,0
3	22,5	15,5	11,5	15,5	15,5	18,0	11,5	11,5	13,5
4	27	18	13,5	18	18	20	13,5	13,5	15,5
5	-	20	13,5	20	20	22,5	13,5	15,5	15,5
6	-	22,5	15,5	20	22,5	24,5	15,5	15,5	18
7	-	22,5	15,5	22,5	24,5	27	15,5	18	20
8	-	-	18	-	-	-	18	18	20
9	-	-	18	-	-	-	18	20	22,5
10	-	-	20	-	-	-	20	20	22,5
12	-	-	20	-	-	-	20	22,5	24,5
15	-	-	22,5	-	-	-	24,5	24,5	27
20	-	-	29	-	-	-	27	29	33,5
25	-	-	33,5	-	-	-	29	33,5	36,5

Примечание. Таблица составлена для стальных канатов с пределом прочности проволоки 160 кгс/мм² (ГОСТ 3071-74) при запасе прочности, равном 6.

Расчет диаметра каната необходимо производить по исходным данным (табл. 51). Полученные результаты занести в таблицу.

Таблица 51

Варианты расчета

Номер/ п варианта	Исходные данные			Разрывное усилие каната
	Q, кг	α, град	m	Р расч	Р табл	dК
1	1000	15	2
2	500	30	2
3	800	45	4
4	2500	15	4
5	3200	30	4
6	4500	45	4
7	6100	15	2
8	5700	15	4
9	1550	45	2
10	3900	30	4

Примечание. Q – масса груза, кг; угол α, град – угол отклонения стропа от вертикали; m – число ветвей строп ; Р расч – разрывное усилие каната расчетное, кгс; Р табл – разрывное усилие каната табличное, кгс; d_К – диаметр каната, мм.

Отчет о работе

Отчет включает в себя следующие пункты:

1. Цель работы: изучение и исследование такелажной оснастки для

монтажных работ.

2. Описание классификации такелажного оборудования.

3. Характеристику вида чалочных узлов и пользование ими на практике.

4. Пользоваться ручной рычажной лебедкой.

5. Расчет усилий в канатах по исходным данным, выданным

преподавателем.