Основы инженерного выбора средств монтажа

К технологическим средствам монтажного производства относятся грузоподъемные машины и механизмы, такелажные средства и оснастка, инструмент для слесарно-сборочных работ, средства измерений и средства испытаний. Выбор конкретных видов и типоразмеров средств зависит от конкретных монтриуемых изделий и условий монтажа, но в любом случае этот выбор должен быть обоснован или на основе имеющегося опыта или расчетами. С этой целью рассмотрим методику некоторых инженерных расчетов.

При выборе грузоподъемных машин, механизмов, устройств выполняют проверочные расчеты мачт, шевров, стрел. В результате их расчета проверяется соответствие действительных значений напряжений в сечении и гибкости допустимым значениям. Рассмотрим это на примере расчета стрелы (рис. 1.2).

Стрелы, как правило, устанавливаются на строительных конструкциях здания при отсутствии или невозможности использования грузоподъемных кранов. Они изготавливаются из бесшовных стальных труб. Стрела позволяет охватить сектор прилегающей зоны монтажа в горизонтальной плоскости около 180⁰, а в веритикальной плоскости - в пределах угла наклона стрелы к горизонту a= 30-80⁰. В начале расчета стрелы задаются ее размерами, схемой действия усилий (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Расчетная схема монтажной стрелы

Усилие Р на завязку верхнего блока грузового полиспаста без учета натяжения сбегающего конца каната, Н:

Р = 9,8 (Q+q) k, (1.14)

где Q - масса поднимаемого груза, кг; q - масса оснастки, кг; k - коэффициент динамичности, принимаемый равным 1,1.

Усилие на полиспаст наклона стрелы, Н:

Т = , (1.15)

где G - масса стрелы, кг; - длина стрелы, м; - угол наклона стрелы к горизонту; a - плечо от точки прикрепления полиспаста до оси стрелы, м; n- число ниток грузового полиспаста; h - КПД грузового полиспаста, зависящее от количества блоков в нем (при n=1 h=0,96); g - угол между направлением усилия Т и горизонталью, причем:

g = arctg .

Полное усилие вдоль оси стрелы, Н:

S = . (1.16)

Изгибающий момент М, приведенный к среднему сечению стрелы, Нм:

. (1.17)

В итоге условие прочности стрелы в ее среднем сечении определяется выражением:

, (1.18)

где F - площадь поперечного сечения трубы, м²; W - момент сопротивления (сечения) трубы, м³; j - коэффициент уменьшения допускаемого напряжения, принимаемый равным 0,25: [s] - допускаемое напряжение в сечении стрелы, принимаемое равным для стальной трубы [s] = 160 Мпа.

В процессе работы стрелы, ее гибкость (l) не должна превышать допустимого значения, что проверяется условием:

l = /i < [l], (1.19)

где i - радиус инерции сечения трубы стрелы, м; [l]=180 - допускаемая гибкость стрелы.

Условие (1.19) проверяется для обоих крайних положений стрелы, т.е. при a = 30⁰ и a = 80⁰.

В процессе организации монтажных работ часто решаются задачи выбора полиспаста и определения усилий, необходимых на оттяжку груза. В связи с этим рассмотрим методику одновременного решения этих задач (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Расчетная схема усилий на полиспаст и оттяжку

При известном весе Q груза, а также направлениях действия составляющих вектора веса S и Р, последние определяются по выражениям:

S=

(1.20)

P= ,

где a, b - углы между вертикалью, и, соответственно, направлением усилия на крюке полистпаста и направлением усилия в канате оттяжки.

По расчетным значениям S и Р, с учетом коэффициентов запаса, числа ниток полиспаста и др., выбирают тип полиспаста и канаты для его оснащения, закрепления и оттяжки.

В процессе монтажа для крепления расчалок, лебедок, полиспастов используются строительные конструкции зданий, сооружений, а при невозможности их использования, также наземные или заглубленные якори. В последнем случае производится расчет якорей.

Для определения массы наземного якоря (рис.1.4) используют следующее условие:

Q = , (1.21)

где Q - масса наземного якоря, кг; S - усилие, прикладываемое к якорю, Н; g - ускорение свободного падения, м^.с^-2; k - коэффициент запаса прочности сдвигу якоря (k = 1,5); ¦ -коэффициент трения подошвы якоря о грунт (¦ = 0,15-0,7); a- угол наклона тяги якоря к горизонту.

Рис. 1.4. Схема сил, действующих на наземный якорь

Зная массу якоря и задаваясь видом материала для его изготовления, определяют его необходимые размеры. Наземный якорь проверяют на опрокидывание по условию:

Q × a × g = k × × S, Н×м, (1.22)

где a - расстояние от центра тяжести якоря до точки опрокидывания, м; - расстояние от места приложения усилия до точки опрокидывания, м; k - коэффициент устойчивости, k= 1,4.

Конструкция и размеры заглубленного якоря должны отвечать следующим условиям (рис. 1.5):

Q+T ³ kN₂ ³ kSsina;

(1.23)

Scosa = N₁ £ nd hs,

где Q - вес грунта, воспринимаемый закладными элементами (бревнами, трубами) якоря, Н; Т - сила трения закладных элементов оборудования о стенку котлована, Н; N₁ - горизонтальная составляющая усилия S в тяже якоря, Н; N₂ - вертикальная составляющая усилия S, Н; n- количество закладных элементов, соприкасающихся со стенкой котлована; d - диаметр закладных элементов, м; - длина закладных элементов, м; s - допускаемое давление на грунт, Н._м^-2 (табл.1.6); k - коэффициент запаса, k ³ 3; h - коэффициент уменьшения допускаемого давления на грунт вследствие неравномерного смятия, h = 0,75-0,8.

Рис. 1.5. Схема сил, действующих на заглубленный якорь

Таблица 1.6.

Допускаемое давление на грунт на глубине 2 м.

Вид грунта	Допускаемое давление s, МПа
Песок мелкий сухой плотный	0,35
Песок мелкий влажный плотный	0,2-0,3
Супесок сухой средней плотности	0,2
Супесок влажный средней плотности	0,15
Глина в пластичном состянии	0.1-0,25

При этом Q и Т определяются по выражениям:

Q = ;

(1.24)

Т = ¦N₁,

где r - плотность утрамбованного грунта (примерно r = 1600 кг/м³); , - размеры котлована в плане на поверхности, м; Н - глубина заложения якоря, м; ¦ - коэффициент трения (¦ = 0,4-0,5).

Зная усилие S, условия и возможности заложения якоря, задаваясь конструктивными его параметрами по условиям (1.23) и (1.24), производят окончательный расчет якоря.

Грузовые монтажные краны выбираются в зависимости от веса поднимаемого груза и расстояния от опорной части стрелы крана до места установки груза в момент монтажа. При этом, при выборе крана в зависимости от указанных условий, руководствуются грузовыми характеристиками кранов. На рис. 1.6. в качестве примера даны грузовые характеристики автомобильного крана на шасси автомобиля ЗИЛ.

Особое значение при монтаже оборудования уделяется выбору стропов и канатов. При этом основным критерием выбора является соответствие воспринимаемого ими усилия разрывному усилию, что с учетом коэффициента запаса прочности устанавливается по условию:

³ k, (1.25)

где P - разрывное усилие каната или ветви стропа для конкретного их типа и диаметра [2]; S - усилие, воспринимаемое канатом или ветвью стропа; k - коэффициент запаса прочности (k ³ 6).

Рис. 1.6. Грузовые характеристики крана КС-2561-Д: _________ - на выносных опорах; _ _ _ _ _ _ - без выносных опор; ___.___.__ - высота подъема крюка; 1 - при стреле 8 м; 2 - при стреле 12 м