Струбцинные грузозахватные устройства

    Струбцинные ГЗУ (такелажные струбцины) нашли широкое применение при перемещении листового материала и металлоконструкций.

    Принцип работы такелажной струбцины заключается в удерживании груза силами трения путем его зажима прижимным винтом и опорным вкладышем (контактными элементами).

    В такелажных струбцинах захват и удерживание груза зависит от силы сжатия груза и коэффициентов трения контактных элементов с поверхностью перемещаемого груза.

Важную роль при конструировании такелажной струбцины имеет выбор оптимального соотношения между силой сжатия и весом груза. Конструктивно необоснованное завышение силы сжатия сопряжено с увеличением габаритных размеров и массы струбцины и повреждением поверхности перемещаемого груза, что усложняет условия эксплуатации и ограничивает область применения струбцины. Уменьшение сжатия ниже определенного значения приведет к проскальзыванию струбцины по грузу.

 Для надежного удерживания груза струбциной в расчет должен вводиться, в зависимости от конструктивного исполнения, коэффициент запаса силы сжатия, равный 1,25…1,6 [4,5]. Чем точнее определено значение коэффициентов трения, тем меньшее значение коэффициента запаса может быть принято.

   Расчет такелажной струбцины с неподвижным опорным вкладышем (рис. 38) сводится к определению необходимой силы зажима , создающей силы трения на контактных элементах, противоположно направленные и равные соответственно силам  и , и таким образом, обеспечивающей удерживание груза [14].

 

 

    

 

 

Рис. 38. Расчетная схема такелажной струбцины

с неподвижным вкладышем

 

Из условия равновесия струбцины

,

где ,  – силы, приложенные к контактным элементам струбцины, определяемые соответственно: , ;  – коэффициент запаса силы зажатия;  – коэффициент трения пары торец винта-груз; – коэффициент трения пары опорный вкладыш-груз;  – критический угол трения пары торец винта-груз;  – критический угол трения пары опорный вкладыш-груз.

             

           Откуда

,

что и определяет необходимую силу зажима груза.

Необходимый момент затяжки винта , создающий силу зажима груза                           ,                             где  – средний диаметр резьбы зажимного винта;  – угол подъема резьбы зажимного винта;  – приведенный угол трения в резьбе зажимного винта;  – диаметр поверхности контакта торца винта с грузом. Диаметр поверхности контакта торца винта с грузом , где  – радиус сферы торца винта;  – приведенный модуль продольной упругости материалов винта и груза.     Площадь опорного вкладыша с гладкой поверхностью определяются условием контактной прочности , где  – допускаемое удельное контактное давление (15-20 МПа).     Для опорного вкладыша с закаленными зубьями ширина зуба проверяется по линейной контактной прочности , где  – число зубьев контактного элемента с прямым углом при вершине; = 0,75 – коэффициент неравномерности распределения нагрузки по зубьям;  – допускаемое давление на единицу ширины зуба (1200 Н/мм для зуба, закаленного до твердости 600 НВ).      Надежность удерживания груза такелажной струбциной с неподвижным вкладышем зависит от обеспечения необходимой затяжки винта моментом , выполняемой вручную с помощью такелажного ломика или гаечного ключа.    Для повышения надежности удерживания груза (при случайной недозатяжке винта) в корпусе струбцины установлен подвижный клиновый опорный вкладыш (рис.39).

 

                  

 

 

Рис. 39. Расчетная схема такелажной струбцины

с подвижным клиновым вкладышем

 

При условии недостаточной затяжки винта, когда величина силы зажима N окажется недостаточной для обеспечения удерживания груза силами трения, груз начнет перемещаться по направлению оси Y, вовлекая в движение клиновый вкладыш включающей силой , равной  до тех пор, пока не произойдет увеличение силы N до величины, обеспечивающей удерживание груза.

      Параметры клинового вкладыша определяются из условия равновесия в проекции на оси Х и Y (рис. 40).

                              ;

                   .

 

 

                   

                                                     

 

Рис. 40. Расчетная схема клинового вкладыша

 

Решение системы уравнений равновесия позволит получить аналитическое выражение величины включающего усилия

                ,                   

где  – величина коэффициента трения рабочей поверхности клинового вкладыша по поверхности груза;  – величина коэффициента трения опорной наклонной поверхности вкладыша по направляющей корпуса струбцины.

Условие самоторможения клинового вкладыша предполагает равенство = 0, поэтому числитель дроби равен нулю

,

откуда искомое расчетное соотношение, определяющее гарантированое отсутствие проскальзывания груза по рабочей поверхности клинового вкладыша

                               .

Отсюда следует, что условие самозатягивания клинового вкладыша выполняется, если величина коэффициента трения на его рабочей поверхности  больше, чем на опорной наклонной поверхности .

Для обеспечения надежного самозатягивания, опорная наклонная поверхность клинового вкладыша должна изготавливаться с высокой чистотой обработки и покрываться смазкой, а рабочая поверхность должна оснащаться насечкой ввиде закаленных зубьев.

Величина угла наклона опорной поверхности вкладыша , зависящая от характеристик контактирующих поверхностей вкладыша и перемещаемого груза, приведена в табл. 6.

                                                                                                  Таблица 6

Вид контактирующей пары	Угол наклона клина
Сталь – гладкая поверхность	3
Сталь – закаленные зубья	6

Сила cжатия  определяется следующим образом.

Из условия равновесия струбцины в проекции на ось Y (рис. 39)

,

где F – сила, приложенная к торцу винта, равна                            

                                           ,

где  – критический угол трения пары торец винта - груз.

Сила , приложенная к рабочей поверхности опорного вкладыша, определяется из условия равновесия вкладыша в проекции на ось X, при условии обеспечения его самозатягивания (рис. 40)

.

Так как

                                        ,

 тогда

,

где  – критический угол трения пары клиновый вкладыш - корпус струбцины.

Откуда сила  равна

                                        .                                  

Из условия равновесия клинового вкладыша в проекции на ось Y

,

определяем

                                           .                                            

Проверочным расчетом по определению удерживающей клиновым вкладышем силы  является графоаналитический метод (рис. 41).

 

Рис. 41. План действующих сил  на клиновый вкладыш

 

  Таким образом, условие гарантированного удерживания струбциной груза примет вид

,

    откуда

                                         ,                                          

что и определяет необходимую силу зажима груза.

Cтрубцины c неподвижным опорным вкладышем используются при выполнении кантовочных операций с поворотом груза до 360°, а струбцины с подвижным клиновым вкладышем – до 180°.

Недостатком представленных выше струбцин является необходимость визуального контроля зажима перемещаемого груза такелажным ломиком. Этим фактором в значительной степени ограничивается их грузоподъемность (10 тонн).

Для перемещения грузов массой более 10 тонн применяются такелажные струбцины с механическим приводом (рис.42), обеспечивающим зажим груза небольшим усилием, приложенным к рукоятке 9 [15].

Такелажная струбцина с механическим приводом состоит из корпуса 1, подвижного клинового вкладыша 2 и зажимного винта 3. В качестве механического привода зажатия используется червячный редуктор, закрепленный неподвижно на корпусе и обеспечивающий свободное перемещение зажимного винта.

Редуктор состоит из корпуса 4, червяка 5, червячного колеса 6, подшипников скольжения 7 и 8 и рукоятки 9, имеет малые габаритные размеры и большое передаточное число.

Валом червячного колеса является хвостовая часть зажимного винта, выполненная в виде профильного сечения. При вращении рукоятки, закрепленной на червяке, крутящий момент передается через червячное колесо на зажимной винт, который вращаясь, совершает поступательное движение и зажимает груз. 

 

 

 

 

Рис. 42. Клиновая такелажная струбцина

с механическим приводом зажатия

 

 

Расчет такелажной струбцины с механическим приводом зажатия (рис.43) включает в себя расчеты передачи «винт-гайка» и расчет червячного редуктора, которые являются типовыми и хорошо представлены в справочной литературе.

 

 

 

Рис. 43. Алгоритм расчета такелажной струбцины

 с механическим приводом зажатия

 

Основным параметром для расчета червячного редуктора является передаточное число, которое определяется отношением необходимого момента затяжки зажимного винта к моменту на червяке, создаваемому рукояткой 9.

ГЗУ с механическим приводом зажатия винта (рис.42) позволяет осуществлять подъем груза массой до 25 тонн, обеспечивает достаточную надежность удерживания груза и не требует больших затрат физического труда при эксплуатации.