6.3. Типовые элементы канатных подъемных механизмов

Канатные подъемные механизмы, состоящие из подъемных лебедок и полиспастных систем, используют как самостоятельные подъемные устройства для подъема гру­зов и как составные части кранов и подъемников. Основой канатного подъемного меха­низма служит устройство, состоящее из барабана 1 (рис. 6.4, а), стального каната 2, си­стемы блоков 3 - 5 и грузозахватного устройства 6. Вместо барабана может быть исполь­зован также канатоведущий шкив (см. ниже).

Канат изготовляют свивкой из высокопрочной стальной проволоки диаметром 0,3 ... 3 мм. Стальные канаты бывают одинарной, двойной и тройной свивки. При оди­нарной свивке канат свивают из отдельных проволок, при двойной - из предварительно свитых прядей, при тройной - из несколь­ких канатов двойной свивки. В грузоподъемных машинах применяют, в основном, \ канаты двойной свивки. В центре такого каната помещается сердечник из органиче­ского волокна, пропитанный смазочным материалом и служащий базой для навив­ки вокруг него прядей.

Рис. 6.5. Канаты стальные

По типу свивки и касанию проволок между слоями в прядях различают канаты с точечным касанием (ТК) (рис. 6.5, а), с линейным касанием при одинаковом диаметре проволок по слоям в пряди (ЛК-О) (рис. 6.5, б), с линейным касанием при разных диаметрах проволок в наружном слое пряди (ЛК-Р) (рис. 6.5, в), комбинированные из ЛК-О и ЛК-Р (рис. 6.5, г), с прово­локами заполнения между слоями основных проволок (ЛК-3) (рис. 6.5, д) и с комбинированным точечно-линейным контактом (ТЛК) (рис. 6.5, е). По сочетанию направления свивки проволок в прядях и прядей в ка­нате различают канаты односторонней (рис. 6.5, ж и з) и крестовой свивки (рис. 6.5, и и к). По направлению свивки бывают канаты правой (рис. 6.5, ж и и) и левой (Л) свивки (рис. 6.5, з и к), а по способу свивки - раскручивающиеся (Р) и нераскручивающиеся (Н).

В механизмах грузоподъемных машин и такелажных приспособлениях применя­ют преимущественно шестипрядные канаты двойной крестовой свивки с одним органи­ческим сердечником с числом проволок 6x19=114 и 6x37=222. В последнее время нахо­дят применение и семипрядные канаты (рис. 6.5, б и д) с центральной металлической прядью, прочность которых примерно на 15% выше, чем шестипрядных.

Стальные канаты характеризуются диаметром, маркировочной группой проволо­ки и разрывным усилием каната в целом F₀ (кН), по которому выбирают типоразмер ка­ната, связанный с наибольшим усилием натяжения S_mах (кН) соотношением

где Z_р - минимальный коэффициент запаса прочности, зависящий от вида, назначения, режима ра­боты машины и механизма (для неподвижных канатов Z_р = 2,5 ... 5; для подвижных канатов Z_р = 3,15 ... 9). Для канатов, устанавливаемых в механизмах для подъема людей, запас прочности при­нимают по максимальным из приведенных значений.

Для крепления свободных концов каната к элементам конструкции машин при­меняют разнообразные коуши и зажимы: в фасонной втулке закладным клином (рис. 6.6, а), в конической втулке загибом концов проволок с заливкой их легкоплавким ме­таллом (рис. 6.6, б), в коуше заплеткой (рис. 6.6, в) или канатным зажимом (рис. 6.6, г). Крепление свободного конца каната на барабане см. ниже.

Канатный блок представляет собой установленное на оси на подшипниках ка­чения (рис. 6.7, а) или скольжения (рис. 6.7, б) чугунное или стальное колесо с V- об­разным ручьем на его ободе для укладки в нем каната (рис. 6.7, в). Блоки предназначе­ны для изменения направления каната. Во избежание спадания каната с блока на оси по­следнего устанавливают ограждающий блок кожух 1 (см. рис.6.9).

При огибании блока канатом более растянутыми, а следовательно, более нагру­женными оказываются проволоки, находящиеся на большем расстоянии от оси блока.

Различие в удлинении и нагружении проволок будет тем большим, чем меньше диаметр блока. Вследствие перегрузки отдельных проволок и вза­имных перемещений происходит их перетирание, снижающее несущую способность каната. Согласно прави­лам Госгортехнадзора по условиям долговечности канатов отношение ди­аметра блока, измеренного по средней линии каната, к диаметру последнего в зависимости от режима работы ме­ханизма принимается не менее 12,5 ... 28, а для уравнительных блоков (см. блок 7 на рис. 6.4, г) - не менее 11,2 ... 18.

Блоки могут быть установлены единично (см. блок 3 на рис. 6.4, а) или группами на единой оси (блоки 4, 5), называемыми блочными обоймами.

В канате при перегибах на блоках, учитываемых КПД полиспаста η, преобразуется сила тяжести груза вместе с грузозахватными приспособлениями mg в усилие в навиваемой на барабан ветви каната.

Верхнюю блочную обойму полиспаста, называемую неподвижной, подвешивают к каркасу здания или элементам грузоподъемной машины. Нижнюю обойму называют подвижной или крюковой из-за наличия на ней крюковой подвески.

При подъеме груза на высоту h (между уровнями I и II) (см. рис.6.4, а) каждая из четырех ветвей каната, на которых подвешен груз, укоротится на h, а длина ветви, навиваемой на барабан, увеличится суммарно на 4h. Отношение увеличения длины навиваемой на барабан ветви каната к высоте подъема груза составит 4. Очевидно, что в таком же отношении будут находиться между собой также скорости навивки каната v_K и подъема груза v_г. Следовательно, кратность показанного на рис. 6.4, а полиспаста равна четырем. Тем же способом можно доказать, что кратность полиспаста, изображенного на схеме рис. 6.4, б, равна двум, а на рис. 6.4, в - трем. Из этого следует простое правило:

Кратность полиспаста всегда есть целое число. Заметим, что при четной кратности конец каната закреплен на неподвижной, а при нечетной - на подвижной обойме.

Приведенное правило справедливо для полиспастов с навивкой на барабан одной ветви каната. Если же на один или на два барабана навиваются две ветви (рис. 6.4, г), то каждая из этих ветвей удлинится на hn/2 (n – число ветвей каната, на которых подвешен груз). Таким образом, приведенное выше правило в общем случае можно сформулировать так:

Кратность полиспаста равна отношению числа ветвей каната, на которых подвешен груз, к числу ветвей, навиваемых на приводной барабан.

Барабаны (СРС)

Барабаны (рис. 6.8) цилиндрической формы с бортами (ребордами) для предот­вращения соскальзывания каната изготовляют из чугунного или стального литья или сварными из листовой стали. Канат укладывается на барабане в один слой (однослойная навивка) или в несколько слоев (многослойная навивка). В первом случае рабочая по­верхность барабана имеет канавки (рис. 6.8, а), а во втором случае ее выполняют гладкой (рис. 6.8, б). При однослойной навивке двух ветвей каната канавки нарезают зер­кально от середины барабана: одна половина с правой нарезкой, другая - с левой. Ко­нец каната закрепляют на барабане клином (рис. 6.8, а, узел II), винтом (рис. 6.8, б, узел III) или прижимными планками с болтами на рабочей поверхности барабана (рис. 6.8, виг) или на его реборде.

Основными параметрами барабана являются его диаметрD_б (мм), длина рабочей поверхности l₀ (мм) по осям поперечных сечений крайних витков каната, канатоемкость (общая длина навиваемого на барабан каната) L (мм) и связанное с ней число слоев на­вивки каната m, диаметр барабана по ребордам D_p (мм), частота вращения n_б (об/мин). При однослойной навивке, кроме того, шаг b (мм) нарезки канавок.

Рис. 6.9. Крановые крюки: а - однорогий в крюковой обойме с разнесенными бло­ками; б - двурогий

Геометрические размеры барабана определяют в зависимости от диаметра кана­та d_K (мм), диапазона вертикального перемещения груза Н (м) и кратности полиспаста i. По условиям обеспечения требуемой долговечности каната минимальное отношение диаметра барабана D₀ по первому слою навивки каната к диаметру каната, в зависимо­сти от режима работы механизма, принимают не менее е = 11,2 ... 25. Канатоемкость L (мм) равна длине каната, навиваемого на барабан при подъеме груза из наиболее низко­го в наиболее высокое положение, сложенной с длиной 1,5 ... 2 запасных витков n_зап ка­ната на барабане для разгрузки крепления к нему каната:

Простейшими грузозахватными устройствами явля­ются однорогие 3 (рис. 6.9, а) или двурогие 4 (рис. 6.9, б) крюки. Они предназначены для подвешивания к ним грузов непосредственно или с помощью чалочных устройств или захватов. Однорогие крюки применяют для работы с груза­ми до 75 т, а двурогие - для грузов от 5 т и выше. Крюки из­готовляют из стали ковкой или штамповкой, а также (при массе груза 50 т и более) пластинчатыми из листового ме­талла.

Для предотвращения самопроизвольного выпадания съемного грузозахватного приспособления грузовые крюки кранов и электрических талей снабжают предохранительным замком 2 (рис. 6.9, а).

Для захватывания и подвешивания к крюку грузоподъемной машины различных по форме штучных грузов применяют канат­ные (рис. 6.10) или цепные стропы из отрез­ ков каната или цепей, надеваемых одним концом на крюк грузоподъемной машины непосредственно или с помощью треуголь­ных, овальных или овоидных звеньев, а дру­гими концами закрепленных на грузе. Наи­большее распространение в строительстве имеют канатные стропы, которые могут быть одно- (1СК), двух- (2СК), трех- (ЗСК) и четырехветвьевыми (4СК), двухпетлевыми (СКП) и кольцевыми (СКК). Оба конца каждой ветви ветвьевого стропа имеют коуши 1 (рис. 6.11), на которых концы каната закрепляются либо алюминиевой 2 (рис. 6.11, а) или стальной 3 (рис. 6.11, б) втулками посредством их опрессовки, либо заплетши с последующей обмоткой концов прядей проволокой (рис. 6.11, в). В качестве захватов на нижних концах ветвей строп обычно закрепляют палоч­ные крюки с замками или карабины. Че-тырехветвьевой строп может быть также выполнен по схеме рис. 6.12 в виде двух спаренных стропов 1 с уравнительными цов стропов блоками 2. Двухпетлевые стропы подоб­ны одноветвьевым стропам, но с петлями без коушей на концах. Обычно их применяют для строповки длин­номерных грузов (рис. 6.13, а). При этом груз и его по­ложение при строповке должны допускать заводку пе­тель с торцов груза. Двухпетлевые стропы с втулкой, снабженной крюком, позволяют стропить груз завод­кой под него петли непосредственно в месте запалива­ния с последующей накидкой петли на крюк втулки (рис. 6.13, б). Кольцевые стропы выполняют в виде за­мкнутой петли без концов (рис. 6.13, в). По приведен­ным выше соображениям они могут быть также снаб­жены напрессованной на петлю втулкой с крюком. Усилие натяжения ветви стропа (Н), поднимающего груз массой т (кг) определяют по формуле:

где g = 9,81 м/с² - ускорение свободного падения; n -число ветвей стропа; α - угол наклона ветви стропа к вертикали.

Сувеличением угла α усилиеS возрастает. Стандарт (ГОСТ 25573-82) ограничивает этот угол косвенно: между любыми двумя ветвями стропа угол не должен превышать 90°. Для четы-рехветвьевого стропа указанный угол измеряется по диагонально расположенным ветвям. Для стропов с уравнительными блоками (см. рис. 6.12) его измеряют между осями подвески урав­нительных блоков, а также между ветвями кана­та, огибающего каждый уравнительный блок.

Основными параметрами канатных стро­пов является их номинальная грузоподъемность (от 0,32 до 32 т) и длина (от 0,9 до 25 м). Под но­минальной грузоподъемностью здесь понимают допустимую массу груза, которую способен под­нять строп при предельном разводе его ветвей в 90°. При фактических углах ниже этой нормы грузоподъемность стропа увеличивается. Однако воспользоваться этим преимуществом можно лишь в случае достаточной высоты подъема крюка, так как с уменьшением ука­занных углов увеличивается вертикальная проекция стропа.

Требуемая длина стропа:

В качестве примера выберем типоразмер четырехветвьевого стропа для подъема плит перекрытий массой 6 т при расстояниях между палочными петлями вдоль плиты а = 5,6 м; b = 2,6 м.(рис. 6.14).

Требуемой грузоподъемности Q = 6 т соответствует строп 4СК1-6,3.

При предельном разводе диагонально расположенных ветвей с углом между ними 90° угол отклонения каждой вет­ви от вертикали составит 45°. Расстояние между диагонально расположенными чалочными петлями:

Требуемая длина стропа:

Принимаем строп 4СК1-6,3 4400 ГОСТ 25573-82 грузоподъемностью 6,3 т, длиной 4,4 м.

Для массовой перегрузки сыпучих материалов применяют челюстные ковши-грейферы. Наиболее распространены в строительстве двухчелюстные двухканатные грейферы (рис. 6.19, а). Грейфер подвешивают к двум приводным барабанам на подъем­ ном (поддерживающем) 7 и замыкающем б канатах. Подъемный канат закреплен на верхней траверсе 5, к которой посредством тяг 3 присоединены две челюсти 1 ковшо­вой формы, соединенные между собой шарниром 2 на нижней траверсе 9. На верхней траверсе установлена неподвижная 4, а на нижней - подвижная 8 обойма блоков поли­спаста, сбегающая ветвь которого является замыкающим канатом. Для начала работы грейфер опускают на захватываемый материал, удерживая его поддерживающим канатом (положение 1, рис. 6.19, б). Для лучшего зачерпывания кусковых и слежавшихся ма­териалов грейфер опускают броском. Медленно поднимая грейфер замыкающим кана­том со скоростью примерно 1 м/с при ослабленном поддерживающем канате, захваты­вают материал закрывающимися челюстями (положение II). После полного смыкания челюстей, удерживая грейфер на замыкающем канате, переносят его к месту разгрузки (положение III). Разгружают грейфер, удерживая его на весу поддерживающим канатом, вследствие чего челюсти раскрываются, и материал высыпается (положение IV). Таким образом, управление работой грейфера в течение его рабочего цикла сводится к попере­менному переключению приводных барабанов для удержания грейфера либо на поддер­живающем, либо на замыкающем канатах.

В механизмах подъема груза и изменения вылета грузоподъемных машин с ма­шинным приводом устанавливают нормально закрытые тормоза, автоматически раз­мыкающиеся при включении привода. В механизмах подъема с ручным приводом уста­навливают также автоматически действующие грузоупорные тормоза. В машинах с ги­дроприводом эту функцию выполняют обратные клапаны, исключающие возможность опускания груза или стрелы при падении давления в гидросистеме. В механизмах пере­движения тормоза устанавливают на машинах, работающих на открытом воздухе или в помещениях при передвижении по напольному рельсовому пути, а также надземному пути при скорости более 32 м/мин.