Зажимные грузозахватные приспособления

    Зажимные грузозахватные приспособления в зависимости от конструктивного исполнения захватных органов могут удерживать при транспортировании грузы различной геометрической формы.

     Схемы конструкций зажимных ГЗУ определяются способом захвата и удерживания груза (рис. 29).

Рис. 29. Схемы зажимных ГЗУ: а - опорно - зажимного; б - рычажно - фрикционного самозажимного; в - рычажно - канатного самозажимного;  г - струбцинного; д - эксцентрикового; е - клинового

 

     Опорно-зажимные ГЗУ (рис. 29, а) выполняют как клещевые рычажные системы, свободные концы рычагов охватывают груз или его элементы.

В ГЗУ (рис. 29, б, в, г, д, е) груз удерживается силой трения путем его сжатия прижимными контактными элементами. Устройства (рис. 29, а, б, в, д, е) выполняют самозажимными. Усилия зажатия в этих устройствах создаются за счет сил тяжести груза и самого устройства и передаются на зажимные контактные элементы при помощи рычажных, натяжных, распорных, клиновых и других передаточных устройств.

     Наибольшее распространение получили опорно-зажимные, рычажно-фрикционные, эксцентриковые, а также комбинированные ГЗУ, сочетающие в себе элементы устройств различных типов, например рычажно-клиновых, рычажно-эксцентриковых и др.

Зажимные ГЗУ по сравнению с механическими устройствами других типов в наибольшей степени приспособлены для механизации и автоматизации ПРТС работ судостроительного производства.

     Важную роль при конструировании ГЗУ (рис. 29, а, б, д, е) имеет выбор оптимального передаточного отношения. В одних случаях получение требуемого передаточного отношения зависит от необходимости получения большого хода зажимных органов, в других – больших усилий для сжатия груза [7]. Схемы и оптимальные передаточные отношения устройств выбирают в каждом конкретном случае в том числе с учетом требований безопасной их эксплуатации.

 

3.1. Опорно - зажимные грузозахватные устройства

 

    Опорно-зажимныеГЗУ конструируют как рычажные системы в вице ножниц или клещей, рычаги которых имеют свободные концы, охватывающие какой-либо выступающий элемент груза, например, полку балки, головку рельса или непосредственно груз (рис. 30, а, б, в, г).

 Для захвата и транспортирования длинномерных грузов несколько устройств монтируют на траверсе (рис. 30, б).                                                                                                                    

    Для удерживания устройства в раскрытом положении для насадки на груз без участия стропальщика применяют защелки, связывающие рычаги устройства между собой и управляемые вручную или автоматически, самовыключающиеся при упоре устройства в груз (рис.30,в).

     Полуавтоматические ГЗУ опорно-зажимного типа (рис. 30, е, ж) предназначены для транспортирования изделий и узлов технологического оборудования, имеющих опорные поверхности в виде стенок, плоскостей или различные отверстия.

Фиксирующее устройство, состоящее из рычага, шарнирно связанного с одной из захватных лап, и упора, расположенного с внутренней стороны другой лапы, обеспечивает свободный съем и заводку ГЗУ перед подъемом на изделие без участия стропальщика.       Полуавтоматические опорно-зажимные устройства нашли применение в металлургическом  производстве и на складах стали, в которых груз освобождаются автоматически при снятии нагрузки.       Опорно-зажимные ГЗУ применяют для транспортирования и перегрузки труб разного диаметра. Для захвата и транспортирования длинномерных грузов несколько устройств монтируют на траверсе (рис. 30, б).

Рис. 30. Опорно - зажимное ГЗУ: а - для рельсов; б - сдвоенное на траверсе для балок; в - сдвоенное на траверсе для труб; г - с защелкой для стабилизации рычагов в открытом положении; д - для подъема и транспортирования балок при изготовлении металлоконструкций; е - с фиксирующим рычагом для грузов с отверстиями; ж - с фиксирующим рычагом для грузов со свободным опиранием на лапы: 1 - навесное звено; 2 - цепная ветвь; 3 - скоба; 4 - захватные лапы; 5 - ось; 6 - гайка; 7 - шайба; 8 - шплинт; 9 - съемная опора; 10, 15 - упоры; 11 - фиксирующий рычаг; 12 - ось; 13 - рычаг; 14 - ось; 16 - ось; 17 – лапы

Для удерживания устройства в раскрытом положении для насадки на груз без участия стропальщика применяют защелки, связывающие рычаги устройства между собой и управляемые вручную или автоматически, самовыключающиеся при упоре устройства в груз (рис.30,в).

     Полуавтоматические ГЗУ опорно-зажимного типа (рис. 30, е, ж) предназначены для транспортирования изделий и узлов технологического оборудования, имеющих опорные поверхности в виде стенок, плоскостей или различные отверстия.

    Фиксирующее устройство, состоящее из рычага, шарнирно связанного с одной из захватных лап, и упора, расположенного с внутренней стороны другой лапы, обеспечивает свободный съем

 и заводку ГЗУ перед подъемом на изделие без участия стропальщика.

Рис. 31. Опорно - зажимное ГЗУ для труб: 1 - колодка; 2 - ручка защелки; 3 - рычаг; 4 - строп; 5 - серьга; 6 - защелка

    Полуавтоматические опорно-зажимные устройства нашли применение в металлургическом производстве и на складах стали, в которых груз освобождаются автоматически при снятии нагрузки.

   Опорно-зажимные ГЗУ применяют для транспортирования и перегрузки труб разного диаметра.

    На рис.31 приведено ГЗУ для труб разного диаметра, эффективно применяемое в трубомедницком производстве.

    Универсальное ГЗУ для труб состоит из корпуса, двух рычагов и двухветвевого стропа. ГЗУ снабжено защелкой, которая автоматически фиксирует его в открытом положении и обеспечивает раскрытие рычагов при опускании трубы на опоры. Для захвата труб разного диаметра имеются сменные колодки.

    Расчет опорно-зажимных ГЗУ заключается в определении их кинематических и габаритных параметров. Вертикальная нагрузка  создает распорное усилие (рис. 32)

,                      

что определяет усилие

,

где коэффициент  учитывает потери в шарнире.

Рис. 32. Расчетная схема опорно-зажимного ГЗУ

    Вместе с тем с учетом веса ГЗУ

 усилие

.

 усилие

.

    Следовательно,

.

     С учётом значений  и

.

  Это соотношение и определяет габаритные и кинематические параметры опорно-зажимного ГЗУ.

   Реакцию  в шарнире целесообразно находить графически, как показано на рис. 32.

   Аналитическое выражение ее следующее

.

    Расчетным является сечение рычага в шарнире, где он растягивается под действием усилия

и изгибается под действием момента

.

    Так как

,

,

получим

.

 

    Следовательно, условие прочности рычага будет иметь вид

,

где  и - соответственно площадь и момент сопротивления сечения рычага с учетом размещения в нём шарнира.

 

 

3.2. Рычажно - фрикционные самозажимные грузозахватные

Устройства

     Рычажно-фрикционные самозажимные ГЗУ выполняют в виде рычажных систем, рычаги которых несут на свободных концах захватные органы, например шарнирно-прикрепленные башмаки, которыми зажимается груз, удерживаемый в устройстве при помощи силы трения.                              

Рис. 33. Рычажно - фрикционное самозажимное ГЗУ: а - со стягивающей рычажной системой; б - со стягивающей рычажной системой и совмещёнными средними шарнирами; в - для рулонов листовой стали; г - с распорной рычажной системой и управляемым сцепляющим устройством для удержания устройства в раскрытом положении

      ГЗУ этого типа применяют для подъема грузов прямоугольной и круглой формы (поковки, болванки, ящики, и др.). Груз зажимается как путем стягивания хвостовых плеч рычагов (рис. 33, а, б, в), так и путем распора хвостовых плеч рычагов (рис.33,г).

Для обеспечения свободной посадки ГЗУ на груз используют приспособление, удерживающее его в раскрытом положении и выполненное в виде пружин, размыкающих ГЗУ, или управляемое сцепляющее приспособление в виде рычагов с защелками (рис. 33, в, г).

ГЗУ (рис. 33, в,) снабжено приспособлением для автоматического съема с груза и предназначено для перегрузки рулонов листовой стали и других аналогичных грузов. Оно имеет сдвоенную клещевину 10, шарнирно соединенную с одинарной П-образной скобой 12, одинарной клещевиной 3 и сдвоенной П-образной скобой 1. Обе скобы связаны между собой штифтом 13 и могут незначительно смещаться по имеющемуся пазу.                                                                               К верхним концам клещевин шарнирно прикреплены сдвоенная 7 и одинарная 4 тяги, которые соединены со скобой 5 штырём 6.

    На штыре свободно подвешена защелка 8. Ее колебания ограничиваются направляющей планкой 9. К нижним концам клещевин шарнирно подвешены башмаки 14, скобы 11 и упоры 2, которые ограничивают перемещение П-образных скоб при подъеме порожнего ГЗУ.

     Скобой 5 ГЗУ навешивается на крюк крана. При этом маятниковая защелка прижимается к штифту и между П-образными скобами и башмаками создается зазор, необходимый для установки ГЗУ на рулон. При дальнейшем опускании крюка крана верхняя часть ГЗУ опускается и защелка прутком выводится из зацепления со штифтом. Затем поднимается рулон, который прочно зажат между П-образными скобами и башмаками.                                                                                              

Для освобождения груза верхнюю часть ГЗУ опускают до тех пор, пока зев маятниковой защелки не окажется ниже штифта. При повторном подъеме груза зев защелки автоматически упирается в штифт и клещевины и скобы остаются разжатыми.

    В рычажно-фрикционном самозажимном ГЗУ захватные органы сжимают боковую поверхность груза и удерживают его силой трения. Зажимное устройство обеспечивает необходимую силу сжатия (рис. 34). Сила  взаимодействия ГЗУ с грузом может быть разложена на горизонтальную  и вертикальную  или на нормальную  и касательную  составляющие. При уменьшении сил  или  ниже определённого значения наступит проскальзывание ГЗУ по грузу.

Предельная нормальная сила сжатия на захватных органах ГЗУ, при которой начинается проскальзывание груза,

.

    Предельная горизонтальная сила сжатия на захватных органах, при которой начинается проскальзывание груза,

,

где  - вес груза;  - угол боковой поверхности груза к вертикали (обычно ); ,  - угол и коэффициент трения между контактными поверхностями захватного органа (колодками, башмаками и др.) и груза.

    При .

    В частных случаях угол  может быть положительным (рис. 34, б) или отрицательным (рис. 34, в).

Для надежного удерживания груза на захватных органах необходимо развить усилие зажима , где  - коэффициент запаса силы сжатия, равный 1,25…1,6 (в зависимости от рода груза и характера работы). Чем точнее определено значение коэффициента трения , тем меньшее значение  может быть принято.

Скольжение отсутствует при условии, что сила трения  на контактных поверхностях равна весу груза или превышает его

.

	Рис. 34. Схемы сжатия груза

    Во время возрастания усилия зажима при одновременном подъеме груза происходит скольжение рабочих площадок захватных органов по поверхности груза, что может привести к его повреждению. Поэтому в этом случае зажимное усилие должно быть развито полностью до начала подъема груза,     т. е. под действием только веса ГЗУ. В этом случае

,

где  - вес ГУ;  - передаточная функция зажимного устройства;  - КПД ГЗУ.

    Силу сжатия  и усилия в шарнирах определяют из уравнения равновесия отдельных звеньев относительно оси шарнира.

Для ГЗУ со стягивающей рычажной системой (рис. 35) силу сжатия  и реакцию в шарнирах определяют следующим образом: на рычаг 1 действуют силы  и , силы  и  (  совпадает с направлением звена 3, так как на него не действуют никакие внешние силы).Усилия , действующие в шарнирах тяг 2 и 4, можно найти из условия равновесии узла , раскладывая силу  на составляющие по направлению тяг 2 и 4 (рис.35, а). При угле  между вертикалью и тягой 2

,

где  - вес груза;  - вес ГЗУ.

 

Рис. 35. Расчетные схемы рычажно-фрикционного ГЗУ: а - со стягивающей рычажной системой; б - с распорной рычажной системой

    Из уравнения равновесия рычагов относительно шарнира :

,

откуда

    После подстановки значений  и  получаем

 

,

 

откуда

,

 

или

,

что и определяет соотношение плеч , , .

    Реакции в шарнирах   и  находят из силового многоугольника (рис. 35, а). Соотношение угловых скоростей звеньев 2 и 1 .

Определение силы сжатия и усилий в шарнирах ГЗУ с распорной рычажной системой (рис. 35, б) производится так же, как и для рассмотренного выше ГЗУ.

Передаточная функция зажимного устройства  - горизонтальная сила сжатия, передаваемая захватным органом на груз (рис. 35), определенная без учета трения в шарнирах, но с учетом коэффициента запаса .

Передаточная функция обычно изменяется при изменении толщины поднимаемого груза, поэтому при проектировании ГЗУ следует стремиться к минимальному изменению ее в рабочем диапазоне.

     Коэффициент трения контактного элемента захватного органа и груза зависит от многих факторов и, в первую очередь, от рода поверхности взаимодействующей пары, параметров груза, чистоты контактирующих поверхностей, их формы (круглой или прямоугольной), влажности или загрязнённости поверхности груза [9,10,12].

Из-за потерь на трение в шарнирах рычагов и сопротивления в канатных блоках зажимного устройства может происходить некоторое снижение полезного усилия сжатия захватных органов. При этом КПД ГЗУ принимают равным 1 при установке подшипников качения во всех шарнирах рычагов; 0,9 для рычажных и 0,85 для полиспастных и рычажно-полиспастных ГЗУ при приближенном их расчете.

    При уточненном расчете КПД определяют по формуле

,

где  потери силы , вызванные трением в шарнирах и сопротивлением в канатных блоках;  - горизонтальная сила сжатая, определенная без учета трения.

 

3.3. Рычажно - канатные самозажимные грузозахватные устройства

     Рычажно-канатные самозажимные ГЗУ применяются при перегрузке тарно-штучных грузов, имеющих значительный диапазон габаритных размеров (рис.36). Принцип работы рычажно-канатного самозажимного устройства заключается в сжатии и удерживании груза спаренными зажимными рычагами.

Рис. 36. Рычажно-канатное зажимное ГЗУ: а – для ящиков; б – для плит; в, г – для бумаги в рулонах; д – для резины; е, ж – для бумаги в рулонах: 1 – зажимной рычаг; 2 – канат; 3 – блок; 4 – серьга; 5 – канат; 6 – направляющие ролики; 7 – обойма; 8 – зажимные рычаги; 9 – блок; 10 – крюк крана; 11 – прорезь в захватном рычаге

     

 

       

Зажимные рычаги выполняются с вмонтированными в них огибающими блоками, которые с помощью каната соединяются между собой и захватным органом грузоподъемной машины.

     Hаличие горизонтальной ветви каната (затяжки) способствует повышению силы сжатия груза.

     Расчет рычажно-канатного самозажимного устройства сводится к определению необходимого угла  между ветвями каната (рис.37).  

     При подъеме груза в канате возникает сила натяжения S, определяемая по формуле

                                            .

Рис.37. Расчетная схема рычажно-канатного ГЗУ

 

   Равнодействующая сила R, возникающая на блоках зажимных рычагов, равна силе взаимодействия прижимного рычага с грузом, определяется по формуле

                                           ,

горизонтальная составляющая сили взаимодействия рычага с грузом N равна              

               .

   Вертикальная составляющая силы взаимодействия рычага с грузом равна по абсолютной величине силе трения, приложенной к грузу

.

   Необходимая для удерживания груза зажимным рычагом сила трения должна быть больше половины веса груза (Q/2), равна

                                              ,                                                    где f -  коэффициент трения пары зажимной рычаг-груз.

   Скольжение зажимных рычагов по грузу отсутствует при условии, что сила трения на контактных поверхностях равна весу груза или превышает его. Следовательно, для удерживания груза необходимо соблюдение условия

.

   Использование для стягивания канатного полиспаста, ветви которого огибают блоки зажимных рычагов, обеспечивает значительное увеличение силы сжатия груза.