Канаты, блоки полиспасты и барабаны.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ№ 4, № 5

Тема практической работы № 4: «Расчет полиспаста»

Тема практической работы № 5: «Расчет механизмов подъема груза»

 

Цель работ: 1. Научиться подбирать стальные канаты для грузоподъемных машин.

2. Изучить устройство, принцип работы механизмов подъема груза и научиться рассчитывать их конструктивные элементы.

 

Порядок выполнения работы:

· ознакомиться с порядком выполнения работ;

· изучить назначение и виды элементов канатно-блочных систем и методику их расчета;

· ответить на контрольные вопросы:

1) Для чего применяются стальные канаты в грузоподъемных машинах?

2) Привести классификацию канатов

· решить задачу № 1: Стреловым краном с электроприводом и одноканатным механизмом поднимается на высоту Н = 12 м груз, создающий нагрузку на канат в 12,5 кН. Длина стрелы L = 18 м. Режим работы средний ПВ = 25%. Подобрать канат.

· изучить назначение, устройство и принцип действия механизмов подъема грузов и ответить на контрольные вопросы:

1) Для каких работ предназначены лебедки и электротали?

2) Виды лебедок по типу привода?

3) Принцип действия реверсивной лебедки (с кинематической схемой)?

4) Устройство и принцип действия электроталей?

· решить задачу№2: Определить основные размеры барабана лебедки. Исходные данные принять по индивидуальному варианту (по примеру 3).

· решить задачу№3: Определить тяговое усилие лебедки. Исходные данные принять по индивидуальному варианту (по примеру 4).

 

Содержание отчета: титульный лист, тема, цель, учебные пособия, ответы

на контрольные вопросы, решение задач по варианту.

 

Канаты, блоки полиспасты и барабаны.

Многие гру­зоподъемные машины имеют конструктивные элементы, в которые составной частью входят устройства с исполь­зованием стальных канатов для подвески перемещаемых грузов или отдельных частей самой машины. Канаты применяют также для строповки (крепления) грузов пли в качестве расчалок, оттяжек для удержания конструк­ций. Для расчалок и подобных им устройств используют спиральные канаты одинарной свивки. Канаты, в кото­рых проволоки свиты пряди, а пряди свиты между со­бой вокруг пенькового сердечника, называют канатами двойной свивки. Сердечник удерживает смазочный мате­риал, предохраняя проволоки от коррозии, и повышает гибкость канатов.

Различают канаты (дать подробное описание с рисунками):

- по назначению – для подъема грузов и людей – ГЛ; для подъема грузов – Г;

- по ме­ханическим свойствам проволоки – высшей марки (В) – первой марки I, второй марки II;

- по виду покрытия поверхности проволоки – из светлой проволоки, из оцинкованной проволоки

- для лёгких условий работы – АС, средних условий – СС, жёстких условий – ЖС;

- по направлению свивки: – правой свивки (П) – левой свивки (Л);

- по сочетанию направлений свивки элементов каната: – крестовой свивки – односторонней свивки (О);

- по способу свивки: – раскручивающиеся (Р) – нераскручивающиеся (Н);

- по типу касания проволок в прядях: – линейное касание (ЛК) – точечно-линейное (ТЛК).

 

Усилие, растягивающее канат, зависит от веса под­нимаемого груза и схемы запасовки каната

(1)

где Q вес поднимаемого груза;

— кратность полиспаста;

= – КПД полиспаста, здесь — КПД одного блока ( 0,96...0,99);

п – число блоков.

Подбирают канаты по допускаемому разрывному ­усилию, определяемому по формуле

(2)

где k — коэффициент запаса прочности (табл. 1);

Р_к — усилие, рас­тягивающее канат.

По допускаемому разрывному усилию подбирают со­ответствующие канаты (табл. 2, 3).

Устройства, состоящие из блоков и соединяющих их канатов, используемые для подъема и перемещения гру­зов, называют полиспастами. В зависимости от схемы запасовки каната полиспаст позволяет получить выиг­рыш в силе или в скорости (рис.1).

Рис. 1. Схемы полиспастов: а – пятикратный для выигрыша в силе; б – двухкратный для выигрыша в скорости; в – сдвоенный двухкратный для выигрыша в силе; г – схема закрепления полиспаста на кране; l₁ – перемещение штока гидроцилиндра; l₂ – путь, пройденный смещаемым элементом

Таблица1. Значение коэффициента запаса прочности k и зависимость наименьшего диаметра блока или барабана D от диаметра каната d

Режим работы крана	Стреловые и строительные краны	Прочие типы кранов	k
Легкий Средний Тяжелый Весьма тяжелый Ручной привод			5,5 6,5 4,5

Примечание. Наименьший допустимый коэффициент запаса прочности для строп 6, для оттяжек мачт опор стрел – 3,5

 

Пример 1. Подобрать канат для подъема груза мас­сой... 15 т. стреловым краном на высоту 20 м. Схема запа­совки каната приведена на рис. 1, а, г. Режим работы средний ПВ = 25 %. Длина стрелы 25 м, лебедка установлена у основания стрелы.

Решение. Вес поднимаемого груза Q = mg = 15·9,81 = 147 кН.

Кратность полиспаста при принятой схеме запасовки каната = 5.

КПД полиспаста = = 0,97⁵ = 0,86.

Усилие в канате, навиваемом на барабан, по формуле (1):

Необходим канат с допускаемым разрывным усилием S_P = 5,5 · 34,2 = 188 кН.

По ГОСТ 3070-74 подбираем ка­нат крестовой правой свивки ТК 6X19, допускаемое разрывное усилие которого S_p = 187 кН; диаметр каната d_к = 19,5 мм; расчетный предел прочности проволоки при растяжении σ_в = 1700 МПа; масса 1 м каната q = 1,35 кг.

Минимальный диаметр блоков и барабана = 18 *19,5 = 350 мм. Принимаем D₆ = 350 мм.

Длина каната

С учетом части каната, остающегося на блоках, принимаем L_k = 132 м.

 

Пример 2 Подобрать канат для грузовой лебедки мостового крана грузоподъемностью 10 т, обслуживаю щего склад железобетонных конструкций. Канат запасован в сдвоенный двукратный полиспаст (рис. 1, в). Ре­жим работы средний ПВ = 25 '%. Расстояние от площадки склада до барабана лебедки Н = 12 м.

Решение. Вес поднимаемого груза Q = mg = 10·9,81= 98,1 кН.

Кратность полиспаста i_n = 2. Для сдвоенного полиспаста усилие в каждой ветви каната, навиваемого на барабан

Допускаемое разрывное усилие в канате S_P = 5,5·25,3 =139 кН. По ГОСТ 3071-74 подбираем канат ТК 6X37 диаметром d_к =18 мм маркировочной группы по временному сопротивлению разрыву σ = 1600 МПа с табличным значением расчетного разрывного усилия каната S_Р = 147 кН. Масса 1 м каната q = 1,09 кг.

Минимальный диаметр блоков и барабана D₆ ≥ 25 d_к = 25·18 = 450 мм. Принимаем D₆ = 500 мм.

Длина каната L_K=2[Hi + [(2...3) πD₆ ]=2[12·2+(2...3)3,14·05] = 56 м. С учетом части каната, остающегося на блоках, принимаем L_K = 60 м.

Барабаны для канатов выполняют сварными или литыми. Их поверхность может быть гладкой или с канавками для каната. Минимальный диаметр барабана зависит от диаметра каната и от режима работы грузоподъемного устройства (табл.1).

Рабочую длину барабана при многослойной навивке определяют расчетом по формуле

L₆ = L_K t / [πm (D_б + d_кm)] (3)

где L_K – длина каната, навиваемого на барабан, м;

т – число слоев навивки каната;

t –шаг витков каната (при навивке каната на гладкий барабан t = d_к).

Таблица 2. Канат двойной свивки типа ТК конструкции 6х19(1+6+12)+1 о.с. (по ГОСТ 3070-74)

Диаметр. мм	Площадь сечения проволок,	Расчетная масса 1м смазанного каната, кг	Маркировочная группа по временному сопротивлению разрыву, МПа
каната	проволоки
центральной	в слоях	Расчетное разрывное усилие каната, кН
6 проволок	216 проволок
5,5 5,8 6,5   8,1 9,7   14,5   17,5 19,5   22,5 25,5	0,36 0,38 0,45   0,55 0,65 0,75   0,85 0,95 1,05   1,15 1,3 1,4   1,5 1,69 2,7 1,8	0,34 0,36 0,4   0,5 0,6 0,7   0,8 0,9   1,1 1,2 1,3   1,4 1,5 1,6 1,7	10,42 11,67 14,53   22,64 32,52 44,21   57,7 72,96 90,02   108,86 130,11 152,58   176,86 202,92 230,76 260,41	0,1 0,12 0,14   0,22 0,32 0,43   0,57 0,72 0,88   1,07 1,28 1,49   1,47 1,99 2,27 2,56	- - -   - -					- - -   - - -   - - -   - - - -

Таблица 3. Канат двойной свивки типа ТК конструкции 6х37 (1+6+18)+1 о.с. (по ГОСТ 3071-74)

Диаметр. мм	Площадь сечения проволок,	Расчетная масса 1м смазанного каната, кг	Маркировочная группа по временному сопротивлению разрыву, МПа
каната	проволоки
центральной	в слоях	Расчетное разрывное усилие каната, кН
6 проволок	108 проволок
5,4 5,8 6,3 6,7 7,6 8,5 11,5 13,5 15,5 22,5 24,5 33,5 36,5 39,5 44,5	0,24 0,26 0,28 0,3 0,32 0,36 0,4 0,45 0,55 0,65 0,75 0,85 0,95 1,05 1,15 1,3 1,4 1,6 1,7 1,8 1,9 2,1	0,22 0,24 0,26 0,28 0,3 0,34 0,38 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,1 1,2 1,3 1,5 1,6 1,7 1,8	8,48 10,08 11,84 13,73 15,75 20,22 25,25 28,1 43,85 63,05 85,77 111,99 141,67 174,84 211,5 252,26 295,93 393,78 447,91 505,54 566,67 699,34	0,08 0,1 0,12 0,13 0,15 0,2 0,25 0,27 0,43 0,61 0,83 1,09 1,38 1,71 2,06 2,46 2,88 3,84 4,86 4,92 5,52 6,81	- - - - - - - - - -	- - - - -	- - - - -			- - - - - - - - - - - - - -

 

Размеры профиля канавок на барабане (рис.2) приведены в табл.4.

Рис. 2 Профиль канавок на барабане Рис. 3 Барабан с двухсторонней на-

вивкой каната

 

 

Таблица 4. Размеры профиля канавок на барабанах.

	r	h	t		r	h	t
7,4…8 9…8 9…10 10…11 11…12 12…13 13…14 14…15 15…16 16…17 17…18 18…19 19…20	4,5 5,5 6,5 7,5 8,5 9,5 10,5	2,5 3,5 3,5 4,5 4,5 5,5 5,5	12,5 13,5	20…21,5 21,5…23 23…24,5 24,5…26 26…27,5 27,5…29 29…31 31…33 33…35 35…37,5 37,5…40 40…42,5 42,5…45,5	12,5 13,5	6,5 7,5 8,5 9,5 10,5 11,5

 

Длину барабана при однослойной навивке определя­ют по формуле

(4)

При определении полной длины барабана учитывают толщину бортов, место для закрепления каната, а на ба­рабанах с двусторонней навивкой канатов (рис. 3) еще и ширину разделительной полосы k. Диаметр бортов ба­рабана должен быть таким, чтобы борт выдавался над последним слоем каната на величину не менее s 2d_к (рис. 4).

 

Толщина стенок барабана

(5)

где: [ ] – допускаемое напряжение на сжатие для материала ба­рабана (для чугуна СЧ 15-32 [ ]=80 МПа, для стального литья 25Л [ ] = 100 МПа, для сталей Ст 3 и Ст 5 при сварной конструкции барабана [ ]= 11О МПа).

Толщина стенок чугунного литого барабана может определяться зависимостью: см. Она должна быть не менее 10...12 мм.

Рис. 4. Гладкий барабан для многослойной навивки каната

Пример 3. Определить основные размеры барабана лебедки. Барабан чугунный с канавками. Усилие в ка­нате 40 кН. Режим работы средний,

ПВ=25 %. Канатоемкость барабана 200 м.

Решение. Подбираем канат по разрывному усилию:

S_Р = 40·5,5 = 220кН.

По ГОСТ 3071—74 S_p = 229 кН; мар­кировочная группа по временному сопротивлению разрыву 1600 МПа; диаметр каната 22,5 мм.

По табл. 1 находим, что Принимаем D_б = 360 мм.

Рабочая длина барабана при четырехслойной навив­ке каната по формуле (4)

Принимаем полную длину барабана = 1000 мм. Толщина стенок барабана по формуле (5)

Принимаем δ = 20 мм.

 

 

Наружный диаметр по бортам барабана:

Dн = D _б +2(m+2)dк = 360+2(4+2)22,5=630 мм. Уточнение толщины стенки барабана δ≥0,02 D_б + (0,6…1,0)=0,02·36+(0,6…1,0) = 13,2...17,2 мм, прини­маем δ = 20 мм.