Кафедра машин и аппаратов производственных процессов
РАСЧЕТ ТАКЕЛАЖНОЙ ОСНАСТКИ
Методические указания по изучению курса «Ремонт и монтаж химического оборудования» для студентов специальности «Машины и аппараты химических производств» дневного и заочного отделения
Пермь 2005
Составитель В.Л. Долганов
УДК 69.057.7:621.86.06
Расчет такелажной оснастки: Метод. указания по курсу «Ремонт и монтаж химического оборудования» для студ. специальности «Машины и аппараты химических производств» дневного и заочного отделения/Сост. В.Л. Долганов; Перм. гос. техн. ун-т.–Пермь, 2005.–92с.
Изложены вопросы расчета и выбора грузоподъемных средств и отдельных элементов такелажной оснастки (тросы, блоки, полиспасты, траверсы, якоря, лебедки, краны, мачты, порталы и шевры), применяемые при монтаже оборудования химических предприятий и аппаратов колонного типа. Рассмотрены аналитический и графический способы определения усилий при монтаже аппаратов. Представлены некоторые справочные данные в виде таблиц и приложений.
Табл.16. Ил.58.
Рецензент канд. техн. наук, доц. Н.М. Рябчиков
© Пермский государственный
технический университет, 2005.
Оглавление
1. Сущность метода расчета такелажной оснастки по предельному
состоянию………………………………………………………..………..……. 5
2. Расчет стальных канатов……………………………………………… 6
3. Расчет канатных стропов…………………………………….……….. 7
4. Расчет элементов грузоподъемных средств, работающих на попереч-
ный изгиб……………………...……………………..…………………………. 9
5. Расчет траверс………….……………………………………………. 11
5.1. Расчет траверс, работающих на изгиб……………………………. 12
5.2. Расчет траверс, работающих на сжатие………………………….. 13
6. Расчет монтажных штуцеров…………………………………………. 16
7. Расчет и подбор полиспастов…………………………………………. 18
8. Расчет лебедок……………………………………………………....... 20
8.1. Расчет лебедки с противовесом (балластом)…………………….. 20
8.2. Расчет лебедки с якорным креплением…………………............... 21
9. Расчет якорей……………………………………………….................. 22
9.1. Расчет наземных инвентарных якорей……………………………. 22
9.2. Расчет полузаглубленных якорей………………………………..... 24
9.3. Расчет заглубленных якорей………………………………………. 25
9.3.1. Якорь с одной тягой ………………………………………………. 27
9.3.2. Якорь с двумя тягами …………………………………………….. 28
9.3.3. Усиленный заглубленный якорь ………………………………… 28
10. Расчет монтажных мачт……………………………………………… 30
10.1. Определение минимальной высоты монтажной мачты…………. 30
10.2. Определение сжимающего усилия, действующего на мачту…… 32
10.3. Расчет трубчатых мачт, работающих на центральное сжатие….. 33
11. Расчет порталов и шевров…………………………………………… 34
12. Расчет такелажной оснастки при подъеме оборудования стреловы-
ми кранами……………………………………………………………………… 38
12.1. Выбор монтажных кранов………………………………………… 38
12.2. Подъем оборудования стреловыми кранами методом скольже-
ния опорной части с отрывом от земли……………………………………….. 39
12.3. Подъем оборудования стреловыми кранами способом пово- рота вокруг шарнира………………..…………………………………………. 41
13. Расчет грузоподъемных устройств и оснастки при подъеме обору- дования такелажными средствами……………………………………………. 43
13.1. Подъем оборудования методом скольжения опорной части мон-
тажными мачтами или порталом…………………………………………….. 43
13.2. Подъем оборудования монтажными мачтами способом поворо-
та вокруг шарнира………………….……………….………………………… 48
13.3. Подъем оборудования способом поворота вокруг шарнира с
помощью падающего шевра…………………….………….………………… 51
13.4. Подъем оборудования самомонтирующимся порталом (шев-
ром) ……………………………………………………………………………. 54
13.5. Определение основных нагрузок на такелажные средства графи-ческим методом………………………….…………..……………………….. 58
Контрольные задачи…………………………………………………… 60
Приложения…………………………………………………………..... 75
СУЩНОСТЬ МЕТОДА РАСЧЕТА ТАКЕЛАЖНОЙ ОСНОСТКИ
ПО ПРЕДЕЛЬНОМУ СОСТОЯНИЮ
При расчете строительных конструкций и элементов такелажной оснастки используется метод предельных состояний, который, в отличие от метода допускаемых напряжений, применяется в основном в машинострое-
нии.
Различают две группы предельных состояний:
1. Полная потеря несущей способности или непригодность к эксплуатации (разрушение, потеря устойчивости, чрезмерное раскрытие трещин и ряд других опасных состояний).
2. Непригодность к нормальной эксплуатации (возникновение недопустимых перемещений, прогибов, углов поворота и т.п.).
Расчет такелажных средств и оснастки по методу предельных состояний сводится к определению:
1) максимальных расчетных усилий, возникающих в различных элементах такелажных средств в процессе подъема оборудования;
2) конструктивных размеров этих элементов; возможен также подбор стандартного такелажного оборудования по расчетным нагрузкам.
Основными параметрами метода являются:
R H – нормативное сопротивление. В качестве такового могут быть приняты предел текучести, прочности, выносливости и некоторые другие характеристики материала.
К – коэффициент безопасности по материалу, учитывающий возможность отклонений прочностных характеристик материала.
R – расчетное сопротивление материала,
R = 
. 
Существуют следующие виды расчета такелажной оснастки по методу предельных состояний:
1. Проверка прочности элемента при известной нагрузке и заданным размерам сечения элемента (поверочный расчет):
mR,
где m – коэффициент условий работы, учитывающий влияние температуры, влажности, агрессивности среды и некоторые другие факторы.
2. Подбор сечения элемента при известной нагрузке (проектный расчет):
F 
.
3. Определение допускаемого усилия (несущей способности) на элемент по известным размерам:
N mRF.
4. Проверка прочности элемента при изгибе при известном сечении:
mR,
где N – величина нагрузки на элемент; F – площадь сечения элемента; m – коэффициент условий работы; М – изгибающий момент; W – момент сопротивления сечения; R – расчетное сопротивление.
Примечание. Если в указанных расчетных зависимостях величина N выражается в кН; F – в см2; R – в МПа, то эти формулы приобретают вид:
0,1· mR, F 
, N 0,1· mRF, 
0,1· mR.
При расчете нагрузок, действующих на такелажные средства, необходимо учитывать возможные отклонения фактической нагрузки от нормативного значения в результате неточного определения массы поднимаемого оборудования, а также в результате внезапного изменения нагрузки, вызванного неточным определением центра массы груза. Это учитывается коэффициентом перегрузки К п, который обычно принимается равным 1,1.
Повышение нагрузки на такелажные средства, связанное с изменением скорости подъема или опускания груза, а также с неравномерным сопротивлением трения при перемещении, учитывается коэффициентом динамичности К д, который в среднем может быть принят равным 1,1.
При подъеме и перемещении оборудования спаренными подъемно-транспортными средствами (кранами, мачтами, полиспастами и т.п.), работающими с различными скоростями, в такелажной оснастке возникают неравномерные нагрузки, которые должны учитываться коэффициентом неравномерности нагрузки К н. Этот коэффициент в среднем может быть принят равным при использовании балансирных устройств – 1,1; при их отсутствии – 1,2.
РАСЧЕТ СТАЛЬНЫХ КАНАТОВ
При выполнении такелажных работ, связанных с монтажом различного технологического оборудования, применяются стальные канаты. Они используются для изготовления стропов и грузовых подвесок, в качестве оттяжек, а также для оснастки полиспастов, лебедок и монтажных кранов.
Расчет каната сводится к определению разрывного усилия R к, по которому затем и подбирается канат:
R к =S·К з,
где S – максимальное расчетное усилие в канате, кН; К з – коэффициент запаса прочности (прил. 1).
Пример 1. Подобрать и рассчитать стальной канат для электролебед-
ки с легким режимом работы тяговым усилием S= 100кН.
Решение:
1. Определяем разрывное усилие в канате, выбрав коэффициент запаса прочности К з = 5 для грузового каната с легким режимом работы:
R к =S·К з = 100·5=500кН.
2. Выбираем для лебедки гибкий канат типа ЛК-РО конструкции 6×36+1 о.с. и по прил. 2 определяем его характеристики:
временное сопротивление разрыву, МПа …………………. 1764
разрывное усилие, кН ………………………………………….. 517
диаметр каната, мм …………………………………………... 31
масса 1000 м каната, кг ……………………………………….. 3655
РАСЧЕТ КАНАТНЫХ СТРОПОВ
Стропы служат для подвешивания поднимаемого груза к крюку грузоподъемного механизма. Витой строп, допущенный к эксплуатации, снабжается металлической биркой с указанием основных технических данных.
Канатные стропы рассчитывают в следующем порядке (рис. 1):
1. Определяют натяжение в одной ветви стропа
S = 
,
где Р – расчетное усилие, приложенное к стропам, кН; n – общее количество ветвей стропа; α – угол между направлением действия расчетного усилия и ветвей стропа (рекомендуется назначать не более 450).
2. Находят разрывное усилие в ветви стропа:
R к =S·К з ,
где К з – коэффициент запаса прочности для стропа (определяется по прил. 1).
Рис. 1. Расчет стропов
3. По расчетному разрывному усилию из прил. 2 подбирают гибкий стальной канат и определяют его технические данные.
Пример 2. Рассчитать и подобрать стальной канат для стропа, применяемого при подъеме горизонтального теплообменного аппарата массой G= 15т (см. рис. 1), если известно, что α = 450, а общее количество ветвей стропа n= 4.
Решение:
1. Определяем натяжение в одной ветви стропа:
S= 
53кН.
2. Разрывное усилие в ветви стропа находим по формуле:
R к =S·К з = 53·6=318кН.
По разрывному усилию (прил. 2) подбираем канат ЛК-РО конструкции 6×36+1 о.с. ГОСТ 7668-80 со следующими характеристиками:
временное сопротивление разрыву, МПа………………… 1960
разрывное усилие, кН ………………………………………… 338
диаметр каната, мм ………………………..………………… 23,5
масса 1000 м каната, кг ……………………………………... 2130