Тема 7 Грузоподъемные машины

Грузоподъемные машины предназначены для подъема, опускания и перемещения штучных, пакетированных и насыпных грузов.

В зависимости от назначения, конструкции и характера выполняемой работы грузоподъемные машины делят на три основные группы:

1 простейшие (домкраты, тали и лебедки);

2 подъемники;

3 краны.

Простейшие используют в основном в качестве вспомогательного оборудования на монтажных и других работах.

Домкратами  называют устройства, предназначенные для подъема груза на небольшую высоту (до одного метра), воздействием на груз снизу вверх. Домкраты разделяют на реечные, винтовые и гидравлические.

Реечные домкраты имеют грузоподъемность до шести тонн, а высоту подъема груза до шестисот миллиметров. В корпусе реечного домкрата по направляющим перемещается рейка, в верхней части которой находится грузовой оголовок. Нижняя часть рейки, изогнутая под прямым углом, образует «лапу», которая может быть использована для подъема низко расположенного груза. Перемещение рейки осуществляется  шестерней, приводимой в движение рукояткой. Для удержания поднятого груза на валу имеется храповик с собачкой. Реечные домкраты снабжены безопасными рукоятками с автоматически действующими грузоупорными тормозами. Основной производственный показатель – усилие на рукоятке домкрата Р. Его определяют по формуле  

Рекомендуемые материалы

                                                           Р= Qr / ( i l η ),                                                                               (28)

где  Q - грузоподъемность домкрата;

        r – радиус делительной окружности ведущей шестерни, находящейся в зацеплении с рейкой;

        i - передаточное число зубчатых пар;

        l – длина плеча рукоятки;

        η – КПД механизма.

Винтовой домкрат имеет грузоподъемность до пятидесяти тони высоту подъема до четырехсот миллиметров. Винтовой домкрат состоит из чугунного или стального корпуса, неподвижной гайки, поворотного винта с ленточной нарезкой и рукоятки с храповым устройством. При качении рукоятки винт вращается вокруг вертикальной оси, вывинчиваясь при подъеме и завинчиваясь при опускании груза. Усилие на рукоятке домкрата Р. Его определяют по формуле

                                                      Р=Q ( r_ср   tg(α + ρ  ) + μ r₁  ) / l,                                                      (29)  

где  Q – грузоподъемность домкрата;

       r_ср – средний радиус винтовой резьбы;

       α – угол подъема винтовой линии;

       ρ – угол трения между материалами винта и гайки;

       μ – коэффициент трения между деталями пяты и опорной головки;

       r_{1 –} средний радиус пяты опорной головки;

       l – плечо рукоятки.

Гидравлический домкрат – применяют на монтажных работах в промышленном строительстве. Грузоподъемность до семисот пятидесяти тонн, а высота подъема груза до четырехсот миллиметров. При необходимости гидравлические домкраты могут быть объединены в батареи с общей грузоподъемностью в несколько тысяч тонн. Гидравлический домкрат поднимает груз поршнем (плунжером), заключенным в цилиндрический корпус домкрата. В подпоршневое пространство насосом накачивается рабочая жидкость. Плунжер насоса совершает возвратно-поступательное движение с помощью рычага. Рабочей жидкостью является незамерзающая смесь или веретенное масло. В случае, когда гидравлические домкраты используют в виде батарей, для подачи рабочей жидкости применяют гидронасосы  с машинным приводом. Подъемная сила Q гидравлического домкрата определяется по формуле

                                                      Q= Р ( L / l )( D² / d²) η,                                                                  (30)   

  

где  Р – усилие на рукоятке;

       L – длина рукоятки;

       l – плечо толкателя плунжера;

       D – диаметр поршня домкрата;

       d – диаметр поршня плунжерного насоса;

       η – КПД, составляющий 0,8…0,9.

Цепные тали применяют при разных монтажных работах малого объема. Их подвешивают над площадью расположения грузов с помощью крюка. Корпус тали представляет собой две щеки, между которыми на оси смонтировано червячное колесо с цепной звездочкой, находящиеся в зацеплении с червяком, на оси которого смонтированы грузоупорный тормоз и тяговое цепное колесо. Через цепную звездочку перекинута грузоподъемная цепь.  Грузоподъемная цепь образует двухниточный полиспаст с висящим на нем подвижным блоком (крюковой обоймой). Грузоподъемность талей с червячной передачей 1; 3; 5 и 10 тонн. Цепные тали изготовляют также с шестеренными механизмами, грузоподъемностью 0,25; 0,5; 1; 2; 3; 5 и 10тонн.

Электрические тали (тельферы) используют для подъема и перемещения массовых грузов в технологическом потоке производства подсобных предприятий, на складах материалов, деталей и оборудования. Основными сборочными единицами электрической тали являются: канатный нарезной барабан с встроенным электродвигателем, канатный редуктор, грузоупорный дисковый тормоз и колодочный тормоз. Электроэнергия к двигателю подводится гибким электропроводом через токосъемник. Для управления электроталью служит подвесной кнопочный пульт на гибком электропроводе и пускорегулирующая электроаппаратура.

Усилие Р, прилагаемое к тяговой цепи при подъеме груза определяется по формуле

                                              Р = ( Q / i_n)( r/ u)( 1 / R η),                                                            (31)

где Q – вес поднимаемого груза;

      i_n – кратность полиспаста ( обычно равна 2);

      r - радиус грузовой звездочки;

      u – передаточное число червячной передачи;

      R – радиус тягового колеса;

      η – КПД, составляющий 0,53…0,77.

Полиспасты – это устройства, состоящие из блоков и соединяющих их канатов, используемые для подъема и перемещения грузов. В зависимости от схемы запасовки каната  полиспаст позволяет получить выигрыш в силе или в скорости. Обычно полиспаст состоит из двух обойм с блоками, одна из которых подвижная. Если при подъеме груза канат огибает один или несколько неподвижных блоков, то тяговое усилие Р без учета трения в ступицах блоков остается неизменным и будет равно весу груза. С учетом трения  усилие Р будет определяться по формуле

                                                     Р = Q / η,                                                                                  (32)

где  Q – вес поднимаемого груза;

       η – КПД блока, обычно равен 0,96…0,98.

Усилие в ветвях (нитках) полиспаста зависит от числа блоков. Если в полиспасте использованы два блока – подвижный и неподвижный, то в этом случае усилие Р рассчитывают по формуле     

             

                                                                 Р = Q /2 η² ,                                                             (33)

Если   полиспаст состоит из четырех блоков ( подвижная обойма имеет два блока и неподвижная – два), то в этом случае усилие Р рассчитывают по формуле

                                                                 Р = Q /4 η⁴.                                                                  (34)

В общем виде зависимость между тяговым усилием и весом поднимаемого груза выражается формулой

                                                               Р = Q /i_п η²_п  ,                                                                (35)

Лебедка – это грузоподъемная машина, перемещающая груз с помощью стального каната, наматываемого на вращающийся барабан. Лебедки применяют в качестве самостоятельного механизма для подъема и опускания грузов, а также как составную встроенную часть исполнительных механизмов  грузоподъемных, землеройных и других строительных машин. Лебедки бывают с ручным и машинным приводом. Каждая лебедка характеризуется тяговым усилием, канатоемкостью и скоростью навивания каната на барабан. Лебедка с ручным приводом состоит из станины, свободно вращающегося на оси, закрепленного неподвижно в стойках станины барабана, системы зубчатых колес и рукоятки.

Лебедки с рычажной передачей отличаются от лебедок с зубчатой передачей тем, что в качестве тягового органа у них применены рычажные захваты. Канат не наматывается на барабан, а протягивается вдоль корпуса лебедки между двумя попеременно действующими захватами с зажимами.

Однобарабанная реверсивная лебедка  с электрическим приводом монтируется на сварной раме. Электродвигатель посредством втулочно-пальцевой муфты соединен с редуктором. Диск муфты одновременно служит тормозным шкивом колодочного тормоза. Между валом электродвигателя и барабаном лебедки имеется постоянная кинематическая связь. Управление двигателем осуществляется пускорегулирующей электроаппаратурой, смонтированной на раме лебедки.

Зубчато-фрикционные лебедки отличаются от реверсивных тем, что их барабаны соединяются с зубчатым колесом с помощью фрикционной муфты. Груз поднимается за счет работы двигателя, а опускается под действием силы тяжести. Лебедки с электроприводом могут быть одно- и многобарабанными, иметь одну или несколько скоростей тягового каната. Тяговое усилие каната S_к при многослойной навивке вычисляют по формуле 

                                              S_к =2 РLi η / ( D+d(2m -1)),                                                           (36)

где   Р – усилие, приложенное к рукоятке привода;

        L – длина плеча рукоятки;

        i- передаточное число механизма;

        η – КПД механизма;

       D – диаметр барабана;

       d- диаметр каната;

       m – число слоев навивки.

Строительные подъемники – это грузоподъемные машины, осуществляющие подъем грузов в вертикальном положении. По назначению подъемники разделяют на грузовые и грузопассажирские. По выполнению несущих и ограждающих конструкций направляющего и грузоподъемного устройства – на мачтовые (стоечные), шахтные, скиповые (ковшовые) подъемные вышки и площадки.

Мачтовые подъемники являются наиболее распространенными. Они представляют собой стойку-мачту, по направляющим которой перемещается грузоподъемная площадка. Управление подъемником – кнопочное, крайние (верхнее и нижнее) положения платформы фиксируются конечными выключателями-ограничителями. Применяют также и автоматическую систему управления подъемником с вызовом и остановкой на уровне любого этажа сооружения. Грузовая платформа оборудуется аварийными захватами, которые удерживают ее от падения в случае обрыва грузового каната. Мачту подъемника изготовляют из отдельных секций и наращивают по мере возведения здания. При необходимости мачту прикрепляют к возводимому сооружению жесткими связями. Для удобства загрузки материалов подъемные платформы некоторых подъемников могут поворачиваться вокруг вертикальной оси на 90⁰. Подъемник может быть также снабжен выдвижными грузозахватывающими устройствами. Грузоподъемность мачтовых подъемников 0,5…0,8 тонн, скорость подъема 0,4…0,6 м/с, высота подъема до 60 метров.

Шахтные подъемники в отличие от мачтовых имеют ограждающие устройства, внутри которых по направляющим перемещается грузоподъемная площадка или кабина.

Скиповые (саморазгружающиеся ковшовые) подъемники применяют для подачи бетонной смеси при возведении монолитных железобетонных сооружений или при строительстве промышленных зданий, для подачи инертных материалов в установках приготовления товарного бетона-раствора. Скиповый подъемник состоит из несущей рамы, по которой перемещается ковш с помощью грузового каната, лебедки и электродвигателя. Вместимость ковша скиповых подъемников 0,75…1 м³ и более.

Подъемные вышки и площадки предназначены для наружных и внутренних монтажных и отделочных работ на разных отметках по высоте. Они могут быть наземными и подвесными (люльки). Кроме того для выполнения строительных и монтажных работ применяют подъемники с телескопической мачтой или с шарнирно сочлененной стрелой, смонтированные на шасси автомобилей или тракторов. Применение этих подъемников позволяет осуществлять их быструю переброску с одного места на другое и избегать необходимости устройств подмащивания.

Краны – это грузоподъемные устройства, обеспечивающие как вертикальное, так и горизонтальное перемещение грузов в любом направлении в пределах, зависящих от параметров крана. Строительные краны выпускают одномоторным и многомоторным приводом. Все строительные краны делят на самоходные, стационарные, переставные и приставные к строящемуся зданию.

Стационарные краны, устанавливаемые на фундаментах, применяют сравнительно редко. Чаще используют переставные и передвижные (несамоходные) краны, которые устанавливают на строительной площадке у места работы или на смонтированных конструкциях.

Самоходные краны делятся на стреловые и башенные.

Стреловые самоходные краны применяют для строительно-монтажных и погрузочно-разгрузочных работ. Они маневренны, не требуют устройства специального подкранового пути.

Стреловые краны различаются по виду рабочего оборудования, по выполнению ходового устройства, по грузоподъемности, типу силового оборудования, типу стрелы и типу подвески стрелы. Эти различия отражены в системе обозначения (индексации) стреловых кранов. Она состоит из букв КС, что означает «кран стреловый», четырех цифр и двух букв.

 Первая порядковая цифра после букв КС обозначает группу грузоподъемности, которой соответствует определенное значение грузоподъемности (таблица1).

Таблица1 – Группы грузоподъемности

Вторая порядковая цифра указывает на тип ходового устройства:

1 – гусеничный;

2 - гусеничный уширенный;

3 – пневмоколесный;

4 – шасси автомобильного типа;

5 – автомобильный;

6 – тракторный;

7 – прицепной.

Третья порядковая цифра указывает на тип стрелового оборудования:

       6– канатоподвесное;

       7 – жесткоподвесное;

       8 – телескопическое раздвижное.

Четвертая порядковая цифра означает очередной номер модели. Следующая за цифрами буква указывает на номер модернизации, а последняя – С, Т, ТВ соответствует типу исполнения - северному, тропическому или тропическому влажному.

Стреловые самоходные краны должны быть устойчивы в рабочем состоянии. На свободно стоящий кран действуют нагрузки, создающие опрокидывающий момент: вес поднимаемого груза и грузозахватных устройств, ветровое давление на наветренную поверхность крана и груза, инерционные нагрузки и центробежные силы. Противодействие опрокидыванию оказывает только собственный вес крана, если его центр тяжести лежит внутри опорного контура. При расчете устойчивости кранов необходимо учитывать и уклон пути.  Коэффициент грузовой устойчивости k₁, определяемый как отношение удерживающего момента М_уд к опрокидывающему моменту М_оп, должен быть не менее 1,5

                                           k₁ = М_уд / М_оп > 1,5.                                                                     (37)

Башенные краны применяются при выполнении строительно-монтажных работ. Отличительной особенностью этих кранов является высокое расположение опорного шарнира стрелы на верхней части башни и соответственно высокое расположение стрелы. По конструктивному исполнению башенные краны делятся на три основные группы:

1 – самоходные по наземным подкрановым рельсовым путям;

2 – приставные краны с башней, прикрепляемой к возводимому сооружению;

3 – самоподъемные, опирающиеся на каркас сооружения.

Для строительства зданий до 16 этажей применяют краны первой группы, а для более высоких зданий – второй и третьей.

По конструктивному исполнению башенные краны бывают с поворотной башней и с неповоротной (с поворотной головкой и противовесом на консоли) . По способу изменения вылета крюка – с управляемой стрелой и с балочной стрелой и с грузовой тележкой, перемещающейся по стреле. Обозначение башенных кранов аналогично стреловым кранам, только первые две буквы КБ (кран башенный).

К числу основных параметров башенных кранов относят: вылет крюка, высота подъема крюка, скорость подъема или опускания груза, скорость передвижения крана. Главный параметр башенных кранов – грузовой момент.

Грузовой момент – это произведение грузоподъемности на вылет крюка.

Вылет крюка – расстояние между вертикальной осью вращения поворотной части крана и вертикальной осью поднимаемого груза.

Высота подъема крюка – наибольшая возможная высота его подъема от головки рельсов, по которым перемещается кран.

Скорость подъема и опускания груза – длина пути, проходимого грузом по вертикали в единицу времени.

Скорость передвижения крана – длина пути, проходимого краном в единицу времени.

Правила подбора башенного крана

Выбор башенного крана зависит от конструкции сооружения, его габаритов (высоты, ширины заглубления, конфигурации в плане), массы отдельных строительных элементов, а также от характера строительной площадки. Кран подбирают по следующим параметрам:

1 – по грузоподъемности – он должен соответствовать максимальной массе монтируемого элемента;

2 – по вылету крюка при максимальной грузоподъемности – расстоянию от центра тяжести этого элемента, установленного в проектное положение;

3 – по высоте подъема крюка – она должна быть равна максимальной высоте сооружения плюс зазор между переносимым грузом и сооружением – 2метра, плюс габарит переносимого элемента вместе со стропующим устройством. Для обеспечения безопасности башенные краны должны быть расположены по отношению к строящемуся сооружению так, чтобы между крайней точкой поворотной части башни и стеной сооружения было расстояние не менее 700 миллиметров.

Самое распространенное грузозахватное приспособление кранов – однорогий или двурогий грузовой крюк. Он может захватывать груз, оборудованный проушинами или рым-болтами, в других случаях применяются стропы или траверсы. Стропы изготовляют из стальных тросов или сварных овально-звенных цепей, к концам которых крепят кольца и крюки. Различают универсальные, облегченные и многоветвевые стропы.

Универсальные стропы изготавливают в виде замкнутой петли.

Облегченные стропы представляют собой отрезок каната или цепи с кольцами и/или крюками на обоих концах.

Многоветвевые стропы – это несколько (от двух до восьми) облегченных строп с кольцами на одном конце и с крюками на другом. При выборе строп необходимо учитывать не только их тип, но и усилия, возникающие при грузовых операциях.

Эксплуатационная производительность кранов П_э определяется по формуле

                          

                                    П_э = 3600 ( Q_ср / T_ц  ) k_в,                                                                   (38)

где Q_ср – средняя масса поднимаемых грузов;

      T_ц  - продолжительность рабочего цикла;

      k_в – коэффициент использования времени смены.

Продолжительность рабочего цикла крана T_ц определяется по формуле

                         T_ц = 120(L_пер / U_пер+ H_под/U_под+ 60 β / 360n )A,                                               (39)

где L_пер – расстояние перемещения груза по горизонтали;

Информация в лекции "14 Посредничество в конфликте" поможет Вам.

      U_пер – скорость перемещения груза по горизонтали;

      H_под – высота подъема груза;

      U_под - скорость подъема груза;

      β – угол поворота стрелы;

      n – частота вращения стрелы;

      А–коэффициент совмещения операций, учитывающий вероятность их одновременного выполнения ( при изменении β в диапазоне 90…130⁰   A = 1,0951 – 0,0022 β ).