Крановые грузозахватные устройства

Грузозахватные устройства принято делить на универсальные и специализированные. С помощью универсальных (крюков, серег, траверс, стро­пов и др.) перерабатывают грузы широкой номенклатуры и различной конфигу­рации. Их используют в качестве элементов и в специализированных грузоза­хватных приспособлениях, предназначенных для переработки определенных ти­пов грузов.

К специализированным относятся:

· грузозахватные устройства для штучных грузов:

- захваты клещевого и рычажного типа для строительных панелей, бо­чек, рулонов, ящиков, листов, кип и др.;

- электромагнитные захваты для транспортирования металлоизделий;

- вакуумные захваты для плоских и круглых (с большим радиусом кри­визны) изделий с гладкой поверхностью;

- захваты — кантователи для цилиндрических грузов (рулонов листо­вого металла, бумаги, бочек и др.), обеспечивающие их поворот из вер­тикального положения в горизонтальное или, наоборот, для плотной или устойчивой укладки;

- вилочные захватами и захваты с поворотными лапами для штучных грузов ящичной формы, листовых материалов и строительных панелей.

По типу привода грузозахватные устройства для штучных грузов можно под­разделить на бесприводные с ручной застропкой и отстропкой грузов; полуавто­матические, обеспечивающие выполнение одной из этих операций без участия стропальщика, в том числе и с дистанционным управлением; автоматические, ко­торые обе операции выполняют без участия стропальщика.

· специальные захваты для контейнеров:

- бесприводные полуавтоматические и автоматические захваты;

- приводные автоматические.

· грузозахватные устройства для сыпучих материалов — грейферы;

· захватные устройства напольных погрузчиков для перегрузки пакети­рованных грузов:

- вилочные для грузов, уложенных на поддоны;

- клещевые для перегрузки ящиков, кип, бочек, рулонов и др.

Наиболее универсальные грузозахватные приспособления – стропы - чаще всего изготавливают из стальных канатов. Они навешиваются на грузовые крюки. Широко используются и другие устройства, некоторые из них представлены на рис. 3.25.

3.25. Крановые грузозахватные устройства

Для соединения грузового крюка с канатом служат крюковые подвески. Их уст­ройство зависит от числа ветвей каната, на которых висит подвеска, конструкции крюка, способа крепления каната и т.п. В нормальной крюковой подвеске (рис. 3.25, а) крюк 1 с гайкой 4 на хвостовике через упорный шарикоподшипник 3 со сферическими шайбами опирается на траверсу 2, которая шарнирно закреплена в отверстиях серег 5 и защитных щитков 6. В верхней части серег и щитков име­ются отверстия, в которых неподвижно закреплена ось 8 с опирающимися на нее через подшипники 7 блоками 9. Канат 10 обводится вокруг блоков и направляется на барабан грузовой лебедки.

Грузоподъемные электромагниты (рис.3.25,б) предназначены для переработки ферромагнитных грузов. Они имеют стальной корпус 1, внутри которого помещены магнитные катушки 3, к которым подводится постоянный ток. От повреждений грузом катушки защищены пластиной 3 из немагнитного материала. На корпусе установлены проушины 4, с помощью которых цепными стропами 5 электромагнит навешивается на крюк крана. Электромагнитные захваты имеют мощность от 4 до 17 кВт и грузоподъемность от 0,6 до 20 т.

Для переработки насыпных и навалочных грузов применяют грейферы – грузозахватные устройства, выполненные в виде управляемых канатами подъемных механизмов, челюстей ковшовой формы, образующих емкость для захватываемого груза и принудительно смыкаемых при загрузке и размыкаемых в подвешенном положении при разгрузке. Классификация конструкций грейферов дана в табл. 3.20.

Таблица 3.20

Классификация грейферов

Параметр	Грейферы
одноканатные	двух- и четырехканатные	приводные (моторные)
Привод	Однобарабанный подъемный механизм	Двухбарабанный подъемный механизм	Электромеханический, гидравлический, пневматический
Управление	Разгрузка при контакте с упором; разгрузка принудительная	Подъемными механизмами через замыкающие и поддерживающие канаты	Подъемными механизмами через поддерживающий канат и приводом смыкания челюстей
Число челюстей		2, 3, 4, 6, 8
Тип челюстей	Дуговые	Дуговые, плоскодуговые, подгребающие, лапчатые, вильчатые
Крепление челюстей	Одношарнирное	Одношарнирное, двухшарнирное, многошарнирное

Наибольшее применение нашли двухканатные грейферы (рис.3.25, в). Они имеют две челюсти 1, шарнирно соединенные с обоймой 7 и связанные четырьмя тягами с траверсой 6. На обойме закреплен замыкающий канат 4, а на траверсе – поддерживающий канат 5. Следовательно, работать с двухканатным грейфером можно только на кранах с двухбарабанной лебедкой. На ее барабанах и запасованы противоположные концы канатов 4 и 5.

При сматывании с замыкающего барабана 3 лебедки каната 4 обойма 7 при неподвижной траверсе 6 опускается вниз, в результате чего челюсти раскрываются. Для опускания грейфера на груз вклю­чают поддерживающий барабан 2 лебедки, освобождая канат 5 и продолжая одновре­менно сматывать замыкающий канат. Захват груза челюстями про­исходит при ослабленном поддерживающем канате 5 и наматы­вании на барабан замыкающего каната 4. Как только челюсти сомкнутся, включают барабан поддерживающего каната и произ­водят подъем заполненного грейфера. Освобождение грейфера от груза достигается сматыванием с барабана замыкающего каната. Промышленностью выпускаются десятки типов двухканатных грейферов. Параметры некоторых из них приведены в табл. 3.21.

Таблица 3.21

Технические характеристики двухканатных грейферов

Параметр	Грузоподъемность крана, т
Вместимость грейфера, м3	5,3	3,5	8,5	5,6	10,5	7,0
Насыпная плотность груза, т/м3	1,1	1,75	1,1	1,75	1,1	1,75
Масса грейфера, кг
Размеры в открытом положении, мм: длина (размах челюстей) высота
Ширина челюстей, мм

В тех случаях, когда приходится периодически работать то с крюком, то с грейфером, более рациональными являются моторные грейферы с электрическим приводом замыкания челюстей Характеристики некоторых моторных грейферов приведены в табл.3.22.

Таблица 3.22

Технические характеристики моторных грейферов

Тип грейфера	Емкость, м3	Масса грейфера, т	Отношение массы грейфера к массе зачерпы-ваемого груза	Размеры закрытого грейфера, мм
ширина	длина	высота
МГС-504	1,5	2,7	1,7
26-10644 СБ	0,4	0,9	1,35
ВМГ-3,5 (виброгидравлический)	3,5	3,0	0,43

Для переработки грузов, препятствующих внедрению челюстей при захвате (крупнокусковые камень и уголь, металлическая стружка и металлолом) используют также многочелюстные грейферы. Число челюстей в таких грейферах бывает от четырех до восьми. Многочелюстные грейферы могут быть одно- или двухканатными.

Общим недостатком всех грейферов является их большой собственный вес, иногда в 1,5 раза превышающий вес поднимаемого груза. И все же краны, оборудованные грейферами, являются высокопроизводительными и требуют относительно небольших затрат ручного труда.

Для переработки грузов с относительно гладкой поверхностью (древесно-стружечные, древесно-волокнистые плиты, стекло) находят применение вакуумные захваты (рис. 3.25, г).

Грузозахваты для контейнеров детально рассмотрены в главе 11.

Устойчивость кранов

Под устойчивостью крана понимается его способность противодействовать опрокидывающим моментам.

Расчет устойчивости крана производится при действии испытательной нагрузки, действии груза (грузовая устойчивость), отсутствии груза (собственная устойчивость), внезапном снятии нагрузки и монтаже (демонтаже).

Расчет устойчивости производится в соответствии с нормативными документами, например, РД 22-145-85 «Краны стреловые самоходные. Нормы расчета устойчивости против опрокидывания». Соотношение между восстанавливающим и опрокидывающим моментами определяет степень устойчивости крана против опрокидывания. Для разных положений крана значения опрокидывающих и восстанавливающих моментов различны, так как изменяются значения действующих сил, их плечи и положение центра тяжести крана. Устойчивость крана должна быть обеспечена для всех его положений при любых возможных комбинациях нагрузок. К этим нагрузкам для передвижного поворотного крана относятся:

- вес поднимаемого груза;

- инерционные силы при пуске или торможении меха­низмов крана;

- центробежные силы, возникающие при вращении поворотной части крана;

- сила давления ветра на груз и элементы крана.

Таким образом, различают грузовую устойчивость, то есть способность крана противодействовать опрокидывающим моментам, создаваемыми весом груза, силами инерции, ветровой нагрузкой рабочего состояния, и собственную устойчивость — способность крана противодействовать опрокидывающим моментам при нахождении крана в рабочем (в том числе без груза) и нерабочем состояниях.

Условия проверки грузовой устойчивости (рис. 3.26,а): кран стоит на наклонной местности, подвержен дейст­вию ветра (по нормам для рабочего состояния) и поворачивается, одновременно тормозится спускаемый груз; стрела установлена поперек пути (при установке стрелы вдоль пути может одновременно происходить и торможение движущегося крана); на кран действуют вес груза, силы инерции, возникающие при торможении спус­каемого груза и движущегося крана, силы инерции от вращения крана, ветровая нагрузка. Расчет устойчивости производится для всех вылетов.

3.26. Схема расчета устойчивости стрелового крана

Условия проверки собственной устойчивости (рис. 3.26, б): кран стоит на наклонной местности, вылет стрелы мини­мальный; кран подвержен только действию ветра (по нормам для нерабочего состояния). Расчет производится только для минимального вылета. Величина запаса устойчивости характеризуется коэффициентом устойчивости и устанавливается нормативными документами.

Коэффициентом грузовой устойчивости называют отношение момента относи­тельно ребра опрокидывания, создаваемого весом крана с учетом дополнительных нагрузок (ветро­вая нагрузка, силы инерции, возникающие при пуске или тормо­жении механизмов подъема груза, поворота или передвижения крана) и влияния наибольшего допускаемого при работе крана уклона, к моменту , создаваемому рабочим грузом относительно того же ребра. Этот коэффициент должен быть не менее 1,15, то есть:

.

Ребром опрокидывания является линия, проходящая через точку контакта колеса и рельса, относительно которой кран стремится опрокинуться.

Коэффициентом собственной устойчивости называют отношение момента, соз­даваемого весом крана, с учетом уклона пути в сторону опрокидыва­ния относительно ребра опрокидывания к моменту, создаваемому ветровой на­грузкой при нерабочем состо­янии крана относительно того же ребра опрокиды­вания. Этот коэффициент также должен быть не менее 1,15.

Для определения числовых значений коэффициентов устойчивости необходимо определить силы, действующие на кран; плечи, на которых дейст­вуют эти силы и создаваемые ими моменты. На рис. 3.26, а показан железнодорожный кран в рабочем состоянии и действующие на него силы. Точка О представляет собой ребро опрокидывания, а точка цт — положение центра тяжести крана.

Силы, действующие на кран, и плечи этих сил следующие:

Q —вес крана;

= Qcos — нормальная составляющая веса крана, действующая на плече (а+в) относительно ребра опрокидывания;

— составляющая веса крана, действующая параллельно плоскости вращения крана на пле­че h₂;

— сила давления ветра, действующая на плече h₁ на подветренную площадь крана F_k и зависящая от удельного давления ветра р при рабочем

состоянии крана;

W₂ = pF_г — сила давления ветра на подветренную площадь груза F_г, действующая на плече h₃ при ветре рабочего состояния;

G_r — вес наибольшего рабочего груза, дейст­вующего на плече (L- в)cos + h₃ sin ;

G_ит— сила инерции груза при торможении, действую­щая на плече (L-в)cos + + h₃ sin ; величина этой силы равна:

где t_т - время торможения, с;

v_оп - скорость опускания груза, м/с, принимаемая как v_оп=1,5 v_п;

v_п - скорость подъема груза, м/с;

G_ив - центробежная сила груза, возникающая при вращении крана и действующая на плече h₃ относительно ребра опрокидывания. Величина этой силы:

где ;

R – радиус вращения груза, м.

При вращении крана канат, на котором висит груз, под действием силы инерции отклонится от вертикали на угол . Следовательно, радиус вращения груза превысит вылет крана на некоторую величину с. Угол отклонения каната определится из равенства

откуда следует, что

,

а радиус вращения груза

.

Окружная скорость груза, м/с, составляет:

,

где n – скорость вращения крана, мин^-1.

Теперь легко получить значение силы G_ив:

Подставляя в исходную формулу центробежной силы полученные выражения легко убедиться, что:

.

Суммарный восстанавливающий момент равен сумме моментов, создаваемых силами Q, G_ит, G_ив, W₁ и W₂. Опрокидывающий момент создается силой G_г. Тогда коэффициент грузовой устойчивости может быть вычислен по формуле:

Угол наклона принимают равным для башенных строительных кранов примерно 1,5°, для железнодорожных, пневмоколесных, гусеничных, автомобильных и других подобных кранов, работа­ющих без выносных опор, примерно 3°, при работе на выносных опорах — 1,5°.Нормами предусмотрена проверка коэффициента грузовой статической устойчивости, то есть устойчивости крана, находящегося только под воздействием весовых нагрузок (без учета дополнительных сил и уклона площади):

Коэффициент собственной устойчивости крана

,

где M_Q — момент, создаваемый весом крана с учетом уклона пути в сторону опрокидывания;

М_в — момент ветровой на­грузки при нерабо­чем состоянии крана относительно ребра опрокидывания.

.

ПОДВЕДЕМ ИТОГИ

Грузоподъемные машины - это технические устройства циклического действия для подъема и перемещения груза. Их принято делить на домкраты, лебедки, подъемники и краны. ГПМ относятся к объектам повышенной опасности, поэтому их эксплуатация должна осуществляться в строгом соответствии с нормативными документами, в частности, в соответствии с Правилами по кранам.

Уровень требований к ГПМ зависит от условий их эксплуатации (режимов работы). Режимы работы кранов и их механизмов принимаются в соответствии со стандартом 4301/1. В зависимости от максимального числа рабочих циклов и от использования крана по грузоподъемности стандартом определены 8 групп классификации кранов, которые учитываются при выборе конкретной машины.

Основным видом силового оборудования ГПМ являются электрические двигатели, однако находят применение и двигатели внутреннего сгорания, и комбинированные: дизель-электрические, электрогидравлические и др. Особого внимания требуют канаты, используемые в качестве стропов либо тяговых органов в механизмах ГПМ.

В общем случае в состав ГПМ входит металлоконструкция и ряд механизмов: подъема, передвижения, изменения вылета, поворота. Требования к их расчету и конструированию установлены нормативными документами. Широкое применение на складах и в производственных цехах заводов находят однобалочные и двухбалочные мостовые краны общего назначения и специального назначения. Разновидностью мостовых кранов являются краны-штабелеры, применяемые преимущественно на складах тарно- штучных грузов.

На открытых складах грузопереработка осуществляется с помощью козловых кранов и мостовых перегружателей с грузоподъемностью и пролетом, изменяющимися в широком диапазоне. С развитием контейнерных перевозок все большее применение находят козловые краны, имеющие грузоподъемность от 20 до 40 т и обеспечивающие многоярусное складирование контейнеров. Если требуется обслужить склад шириной в несколько сотен метров, то может оказаться целесообразным кабельный кран с пролетом 250…500 м.

С вышеперечисленными кранами успешно конкурируют в зоне относительно небольших грузопотоков стреловые поворотные краны: железнодорожные, автомобильные, гусеничные, башенные и др. При переработке массовых грузов в портах применяют портальные краны с разными грузозахватными устройствами. Для захвата грузов при выполнении погрузочно-разгрузочных операций ис­пользуются грузозахватные устройства как универсальные, так и специализированные.

Высокая производительность крана и безопасная работа на нем могут быть обеспечены при его устойчивом положении, исключающем возможность опроки­дывания. Правилами по кранам и соответствующими руководящими документами установлен порядок расчета устойчивости для разных условий нагружения и по­рядок ее экспериментальной проверки.

ПОВТОРИМ

1. Назовите головные организации в области проектирования и безопасной экс­плуатации ГПМ.