Траверсы этого типа обычно применяют для подъема царг большого диаметра (рис. 4). В зависимости от нагрузок и длины траверс стержни их могут иметь различные поперечные сечения: сплошные, представляющие собой единичные швеллеры, двутавры и стальные трубы, или сквозные, состоящие из двух швеллеров или двутавров, связанных планками, а также стальной трубы, усиленной уголками.
Траверсы, работающие на сжатие, требуют проверки на прочность и на устойчивость.
Масса траверсы составляет незначительную долю от массы поднимаемого груза (не более 0,01), поэтому в практических расчетах ею можно пренебречь.
Рис. 4. Траверса, работающая на сжатие
Расчет траверсы производят в следующем порядке:
1. Находят натяжение в каждой канатной подвеске:
S= 10 ·G о / (2cosα),
где G о – масса поднимаемого оборудования, т; α– угол наклона тяги к вертикали.
2. По найденному значению S рассчитывают стальной канат.
3. Сжимающее усилие в стержне траверсы с учетом коэффициентов динамичности К д и перегрузки К п определяют по формуле:
N =10· G о tgα К п К д/2.
4. Траверсу рассчитывают на устойчивость как стержень, работающий на сжатие. Для этого в зависимости от величины нагрузки и длины траверсы задаются формой ее поперечного сечения и определяют требуемую площадь:
F тр= N/ (φ m R),
где φ – коэффициент продольного изгиба, значением которого предваритель-
но задаются. Для стержня из швеллера, двутавра или уголка φ = 0,7–0,9; из стальной трубы φ =0,4.
5. Определяют расчетную длину стержня:
l c = μ· l,
где μ – коэффициент приведения расчетной длины, зависящий от условий закрепления концов стержня и приложения нагрузки (прил. 8).
6. Устанавливают гибкость стержня:
для швеллера или двутавра
λ х = l c/ rх,
λ у = l c/ rу ;
для стальной трубы
λ = l c/ r.
При этом должно удовлетворяться условие:
max{ λ х, λ у }≤ [λ],
где rх, rу – радиусы инерции относительно главных осей; [λ] – предельная гибкость (прил. 9).
По наибольшей гибкости, если она не превышает предельную, из
прил. 10 находят коэффициент продольного изгиба φ.
7. Полученное сечение стержня проверяют на устойчивость:
N /(F φ) ≤ mR.
Пример 5. Рассчитать траверсу, работающую на сжатие (см.рис. 4 ) длиной l= 3 м для подъема горизонтального цилиндрического барабана массой G o = 36 т, если α=450.
Решение:
1. Находим натяжение в каждой канатной подвеске:
S= 10 ·G o / (2cos α) = 10·36/(2·0,707)=254,6кН.
2. Определяем разрывное усилие при условии, что для грузового каната с легким режимом работы К з = 5 (см. прил. 1):
R к =S·К з = 254,6·5=1273 кН.
3. По найденному разрывному усилию подбираем стальной канат типа ЛК-РО (см. прил. 2 ) с характеристиками:
временное сопротивление разрыву, МПа ………………….. 1568
разрывное усилие, кН …………………………………………... 1290
диаметр каната, мм ……………………………………………. 50,5
масса 1000 м каната, кг ………………………………………... 9440
4. Находим сжимающее усилие в траверсе:
N= 10 G о·tgα ·К п К д / 2 = 10·36·1·1,1·1,1/2=217,8 кН.
5. Для изготовления траверсы принимаем стальную трубу.
6. Задавшись коэффициентом продольного изгиба φ = 0,4, находим требуемую площадь поперечного сечения трубы:
F тр= N/( φ m 0,1 R)= 217,8/(0,4·0,85·0,1·210)=30,5 см2.
7. По прил. 7 подбираем стальную трубу диаметром 108×10 мм с площадью 30,8 см2 и радиусом инерции r= 3,48 см.
8. Находим расчетную длину траверсы, определяя по прил. 8 коэффициент приведения длины μ и считая, что концы траверсы закреплены шарнирно:
l c=μ ·l= 1·300=300 см.
9. Определяем гибкость траверсы:
λ =l c/ r= 300/3,48=86,2;[λ]=180; λ ≤ [λ].
10. По прил. 10 находим коэффициент продольного изгиба φ = 0,714.
11. Полученное сечение траверсы проверяем на устойчивость:
N / (F· φ ) mR;
N / (F· φ )= 217,8/ (30,8·0,714)=9,9 кН/см2=99 МПа;
mR= 0,85·210=178,5МПа.
Условие выполняется, что свидетельствует об устойчивости расчетного сечения.
- РАСЧЕТ МОНТАЖНЫХ ШТУЦЕРОВ
Для строповки вертикальных цилиндрических аппаратов при их подъеме и установке на фундамент часто применяются монтажные (ложные) штуцеры. Они представляют собой стальные патрубки различных сечений, привариваемые торцом в виде консоли к корпусу аппарата. Для увеличения жесткости внутри штуцера могут быть вварены ребра из листовой стали. Для устранения трения между стропом и штуцером при наклонах аппарата на штуцер надевается свободный патрубок большего диаметра, а для предохранения стропа от соскальзывания к внешнему торцу штуцера приваривается ограничительный фланец.
Расчет монтажного штуцера проводят следующим образом (рис. 5).
1. Находят усилие, действующее на каждый монтажный штуцер:
N=G о· К п ·К д ·К н / 2,
где G о – масса поднимаемого оборудования, т.
2. Определяют величину момента от усилия в стропе, действующего на штуцер:
М=N·l,
где l – расстояние от линии действия усилия N до стенки аппарата.
3. При известном сечении штуцера проверяют его прочность на изгиб. Для упрощения расчета наличие ребер жесткости в штуцере не учитывают:
≤ mR,
где W – момент сопротивления сечения штуцера (определяется по прил. 7).
4. Если необходимо опреде-
лить сечение штуцера, удовлетво- ряющее условиям прочности, то рассчитывают минимальный мо- мент сопротивления его поперечно- го сечения:
W=M/ (mR).
По прил. 7 для стальных труб находят сечение штуцера с моментом сопротивления, ближай- шим большим к расчетному.
Пример 6. Рассчитать монтажные штуцеры для подъема аппарата колонного типа массой G о = 80 т с помощью двух кранов способом скольжения с отрывом от земли без применения балансирной траверсы. Величина l= 120 мм (см.рис. 5).
Рис. 5. Расчетная схема монтажного
штуцера
Решение:
1. Находим усилие, действующее на каждый монтажный штуцер при полностью поднятом аппарате:
N= 10 ·G о ·К п ·К д ·К н / 2 = 10·80·1,1·1,1·1,2/2=580,8 кН.
2. Рассчитываем величину момента, действующего на штуцер:
M=N·l= 580,8·12=6969,6 кН·см.
3. Определяем минимальный момент сопротивления поперечного сечения стального патрубка для штуцера:
W min =M/ 0,1 ·mR= 6969,6/(0,1·0,85·210)=390,5 см3.
4. По таблице (см.прил. 7) определяем с запасом сечение монтажного штуцера диаметром 273х12мм, имеющего момент сопротивления
W т = 615 см3, W т >W min.
7. РАСЧЕТ И ПОДБОР ПОЛИСПАСТОВ
Полиспаст является простейшим грузоподъемным устройством, состоящим из системы подвижных и неподвижных блоков, оснащенных стальным тросом.
Один конец троса закрепляется к блоку, другой конец троса, проходя последовательно через ролики блоков в виде сбегающей ветви, идет на барабан лебедки. Полиспаст предназначен для подъема и перемещения груза, а также для натяжения грузовых канатов, вант и оттяжек в том случае, когда масса поднимаемого оборудования или натяжение превышают тяговые усилия лебедок.
Расчет полиспаста сводится к расчету усилий на блоки полиспаста (по ним находят технические характеристики блоков), расчету каната для оснастки полиспаста и подбору тягового механизма.
Расчет полиспаста ведут в следующем порядке:
1. Находят усилие на крюке подвижного блока полиспаста (рис. 6):
P п =G о + G т,
где G о – масса поднимаемого груза; G т – масса траверсы.
2. Рассчитывают усилие, действующее на неподвижный блок полиспаста:
P н=(1,07÷1,2) Р п,
где величина коэффициента, учитывающего дополнительную нагрузку от усилия в сбегающей ветви полиспаста, назначается, исходя из следующих данных:
Грузоподъемность полиспаста, m | до 30 | от 30 до 50 | от 50 до 200 | более 200 |
Коэффициент | 1,2 | 1,15 | 1,1 | 1,07 |
3. Исходя из усилия Р н, подбирают подвижный и неподвижный блоки (прил. 11), определяя их технические характеристики.
4. Усилие в сбегающей ветви полиспаста определяют по формуле:
S п= P п /(n· η),
где n – общее количество роликов полиспаста без учета отводных блоков; η – коэффициент полезного действия полиспаста, который выбирается по таблице.
5. Определяют разрывное уси-
лие в сбегающей ветви полиспаста,
по которому подбирают канат для его оснастки (см. раздел «Расчет стальных канатов»).
6. Подсчитывают длину кана- та для оснастки полиспаста:
L=m п (h+ 3,14 d P )+l 1 +l 2,
где h – длина полиспаста в растянутом виде, d P – диаметр роликов в блоках, l 1 – длина сбегающей ветви до барабана ле- бедки, l 2 – расчетный запас длины каната (обычно выбирается l 2=10 м)
Рис. 6. Расчетная схема полиспаста
Значения коэффициентов полезного действия полиспастов η
Общее количество роликов полиспаста | Тип подшипника | Общее количество роликов полиспаста | Тип подшипника | ||
скольжения | качения | скольжения | качения | ||
0,960 | 0,980 | 0,638 | 0,800 | ||
0,922 | 0,960 | 0,613 | 0,783 | ||
0,886 | 0,940 | 0,589 | 0,767 | ||
0,351 | 0,921 | 0,566 | 0,752 | ||
0,817 | 0,903 | 0,543 | 0,736 | ||
0,783 | 0,884 | 0,521 | 0,722 | ||
0,752 | 0,866 | 0,500 | 0,708 | ||
0,722 | 0,849 | 0,480 | 0,693 | ||
0,693 | 0,832 | 0,460 | 0,680 | ||
0,664 | 0,814 | 0,442 | 0,667 |
7. Суммарную массу полиспаста рассчитывают по формуле:
G п =G б +G к,
где G б – масса обоих блоков полиспаста (см.прил. 11), G к= L·g к/1000; g к – масса 1000 м каната (прил. 2).
8. Определяют усилие, действующее на канат, закрепляющий неподвижный блок полиспаста:
Р б =G о +G т +G п +S п.
9. По усилию Р б рассчитывают канат для крепления неподвижного блока полиспаста (см. раздел «Расчет стальных канатов»).
10. По усилию в сбегающей ветви полиспаста S п подбирают тяговый механизм – лебедку (см. прил. 12).
РАСЧЕТ ЛЕБЕДОК
Лебедки применяют при монтажных работах для регулирования положения устанавливаемого на фундамент оборудования, для его оттяжки, а также натяжения вант или наклона мачт, порталов, шевров.
Лебедки позволяют преобразовывать небольшой крутящий момент на привозном валу в значительный крутящий момент на барабане лебедки за счет снижения частоты вращения барабана лебедки.
Лебедка должна быть проверена расчетным путем на устойчивость против смещения и опрокидывания. Устойчивость лебедки обеспечивает балласт – противовес (рис. 7), устанавливаемый на ее раме, либо якорь
(рис. 8).
Рис. 7. Расчетная схема Рис. 8. Расчетная схема
крепления лебедки с помощью якорного крепления лебедки
противовеса (балласта)
Расчет лебедки в первом случае сводится к определению необходимой массы балласта. Во втором случае определяется усилие S т, по которому рассчитывается якорь и элемент крепления лебедки к якорю.