книги / Подъемно-транспортные машины

гибкие и износостойкие. Канаты этого типа имеют несколько разновидностей:

–ЛК-О – с линейным касанием проволок одинакового диаметра в отдельных слоях пряди (см. рис. 3.2, в);

–ЛК-Р – с линейным касанием проволок разных диаметров

вверхнем слое пряди (см. рис. 3.2, г);

–ЛК-РО – с линейным касанием проволок разного и одинакового диаметра по отдельным слоям пряди (см. рис. 3.2, д);

–ЛК-З – с линейным касанием и заполняющими проволоками меньшего диаметра между двумя слоями проволок (см. рис. 3.2, е);

–ТЛК – с точечным и линейным касанием проволок в пряди

(см. рис. 3.2, ж, з).

Кроме перечисленных конструктивных особенностей, канаты различают по способу свивки:

–обыкновенные, или раскручивающиеся (Р): проволоки и пряди этих канатов после снятия перевязок концов стремятся выпрямиться;

–нераскручивающиеся (Н), свиваемые из заранее деформированных проволок и прядей: их форма соответствует положению

вканате.

По направлению свивки прядей изготовляют канаты с правым

(пряди идут слева – вверх – направо) и левым (Л) (пряди идут справа – вверх – налево) направлениями свивки. Отечественная промышленность выпускает преимущественно канаты правой свивки.

Направление свивки имеет большое значение при наматывании каната на барабан. За каждый оборот барабана канат смещается на размер своего диаметра, и деформация изгиба дополняется деформацией кручения. В зависимости от направления вращения барабана и направления свивки прядей каната деформация кручения может уменьшать или увеличивать его скручивание. Для увеличения плотности каната и удлинения срока службы следует так подбирать направление навивки, чтобы канат в процессе работы дополнительно подкручивался. При закреплении обоих концов каната на барабане направление свивки каната можно принять любым.

31

бтовой и комбинированной (К) свивки

(рис. 3.3):

–в канатах крестовой свивки проволоки в пряди и пряди в канате свивают в противоположных направлениях;

–в канатах комбинированной свивки пряди, свитые в противоположных направлениях, чередуются.

Канаты односторонней свивки имеют более ровную поверхность, сечение в них заполнено лучше, они гибче и долговечнее

вследствие увеличенной поверхности соприкосновения проволок с поверхностью блока или барабана. Однако из-за стремления к раскручиванию под действием нагрузки они непригодны к использованию при подвешивании груза на одной ветви. Их используют в сочетании с блоками, препятствующими раскручиванию каната.

Классификация и маркировка канатов приведены в прил. 5.

Указания к выполнению задания

При выполнении задания необходимо выбрать тип и размеры грузового каната.

При выборе типа каната следует руководствоваться следующими положениями:

1. В грузоподъемных машинах рекомендуется применять канаты, изготовленные из проволоки марок В и 1, с временным сопротивлением разрыву σв = 1600…2000 МПа (по возможности лучше выбирать меньшее значение – оно соответствует более дешевому канату). Применение проволоки с более низким пределом прочности приводит к увеличению диаметра каната, а с более высо-

32

ким – к снижению срока службы каната из-за увеличения жесткости проволок.

2.Рекомендуется использовать проволоку без покрытия или оцинкованную проволоку для среднеагрессивных условий работы – группа С.

3.При многослойной навивке на барабан (например, в лебедках) рекомендуется применять канаты крестовой свивки, так как они имеют большую структурную прочность.

4.Направление свивки каната в разных половинах сдвоенного полиспаста рекомендуется принимать разным (это возможно, если уравнительный блок заменить уравнительным балансиром), для одинарного полиспаста можно выбирать канат любого направления свивки (с этим направлением в дальнейшем должно быть согласовано направление нарезки на барабане).

Если сдвоенный полиспаст используется с уравнительным блоком (канат целый, направление свивки одинаковое), рекомендуется использовать канат с крестовой свивкой.

Односторонняя свивка применяется только при нераскручивающемся канате.

5.Применение канатов типа ТК в качестве грузовых нежелательно, так как их срок службы в 1,5–2 раза меньше, чем канатов типа ЛК.

6.В качестве грузовых рекомендуется применять нераскручивающиеся шести- и семипрядные канаты с линейным касанием проволок в пряди, с числом проволок в пряди 19 или 37.

Не рекомендуется применять канаты, свитые из большего числа проволок. Такие канаты имеют хорошую гибкость, но одновременно возрастает износ проволок, снижается структурная прочность каната (особенно при многослойной навивке), сокращается срок службы.

7.При работе в абразивных и коррозионно-агрессивных средах предпочтительно применять канаты из более толстой проволоки (конструкции 6×19). Такие канаты имеют повышенную жесткость,

33

но хорошо сопротивляются абразивному износу и имеют повышенный срок службы.

Так, для стрелового крана, работающего на открытом воздухе при наличии пыли и влаги, следует выбирать канат с малым количеством проволок большого диаметра, например ЛК-Р 6×19 (1+6+6/6) +1 о.с.

ГОСТ 2688–80.

Применение канатов этого типа также является предпочтительным при диаметре 14 мм и менее.

8. Мостовой кран работает в относительно чистом, сухом помещении, абразивный и коррозионный износ проволок его каната незначителен, поэтому рекомендуется применять канат с бóльшим количеством проволок в пряди, например ЛК-РО 6×36 (1+7+7/7+14) +1 о.с.

ГОСТ 7668–80.

В электрических талях и лебедках при диаметре каната 6 мм

иболее также рекомендуется использовать канаты типа ЛК-РО ГОСТ 7668–80.

9.Канаты типа ЛК-РО (ГОСТ 7668–80, 7669–80, 16853–80) бла-

годаря сравнительно большому числу проволок в прядях обладают повышенной гибкостью. В то же время наличие в наружном слое относительно толстых проволок позволяет успешно применять эти канаты в условиях абразивного износа и агрессивных сред. Таким образом, канаты данной конструкции можно считать универсальными.

10.Трехграннопрядные канаты (ГОСТ 3085–80) отличаются повышенной структурной устойчивостью, очень большим коэффициентом заполнения и большой опорной поверхностью. Применение этих канатов целесообразно при больших концевых нагрузках

исильном абразивном износе. Рекомендуется использовать эти канаты при многослойной навивке на барабаны. Недостатками трехграннопрядных канатов являются острые перегибы проволок на гранях прядей, повышенная жесткость и трудоемкость изготовления прядей.

В прил. 6 приведен список канатов, рекомендуемых для грузоподъемных машин.

34

Определение диаметра каната dк осуществляется по допускае-

мому разрывному усилию Fразр для выбранного типа каната без учета динамической нагрузки. Для этого необходимо определить рас-

четную нагрузку Fб, приходящуюся на одну ветвь каната, набегающую на барабан при подъеме груза (так как в этом случае усилие будет максимальным):

Fбmax = (Q +ηq) g, zuп c

где Q – масса поднимаемого груза (грузоподъемность), т; q – приблизительная масса грузозахватных устройств (после выбора каната может быть рассчитана точно, как суммарная масса крюковой подвески и каната при полной вытяжке), q = (0,01…0,03)Q; g – ускорение свободного падения, можно принять 10 м/с; uп – кратность гру-

зового полиспаста; z – число ветвей полиспаста, наматываемых на барабан; ηс – общий коэффициент полезного действия канатной системы.

КПД системы подвешивания груза (ηс ) рассчитывается по формуле

ηc = ηпηблn ,

где ηп – КПД полиспаста; ηбл – КПД отклоняющих или направ-

ляющих блоков, не входящих в полиспаст; n – число отклоняющих или направляющих блоков, не входящих в полиспаст.

Последним блоком полиспаста считается последний подвижный блок, с которого сбегает канат.

Коэффициент полезного действия полиспаста (ηп ) рассчиты-

вается по формуле

35

где uп – кратность полиспаста; ηбл – среднее значение КПД одного

блока, входящего в полиспаст.

При нормальной смазке и работе в условиях нормальных значений температуры можно принять следующее:

ηбл = 0,97…0,98 – для блоков на подшипниках качения; ηбл = 0,95 – для блоков на подшипниках скольжения.

Требуемая разрывная прочность каната Fразр обеспечивается введением нормативных коэффициентов запаса прочности каната k, а долговечность (усталостная прочность) – соблюдением минимальных нормативных коэффициентов выбора диаметра барабана и блоков.

Fразр ≥ kFmax ,

где Fразр – сила, при которой разрушается канат (для каждого типа и диаметра каната она приведена в соответствующем ГОСТе); k – ко-

эффициент запаса прочности, зависящий от типа грузоподъемного механизма, степени ответственности и группы режима работы механизма (прил. 7); Fmax – максимальная сила натяжения каната.

По таблицам ГОСТа [2, лист 17; 5, табл. III.I] с учетом приведенных рекомендаций выбирается типоразмер каната с учетом следующих параметров:

–расчетной величины разрывного усилия Fразр;

–размеров выбранной крюковой подвески.

Если диаметр выбранного каната не соответствует размерам выбранной крюковой подвески, нужно выбрать канат другого диаметра, из другой маркировочной группы или принять другой тип каната. Если подобрать канат не удается, необходимо выбрать другую крюковую подвеску. В крайнем случае можно принять крюковую подвеску с другим числом блоков, что приведет к изменению кратности полиспаста и кинематической схемы.

После выбора каната рекомендуется проверить корректность предварительного выбора массы грузозахватных устройств q. По-

добная проверка особенно важна при небольшой грузоподъемности механизма и большой высоте подъема груза.

36

Фактическая масса грузозахватных устройств при полной вытяжке каната

qф = mп + mк,

где mп – масса выбранной крюковой подвески, кг; mк – масса каната при полной вытяжке, кг:

mк = l0кm0к = Huпzm0к,

где m0к – масса 1 м каната (указана в каталоге), кг; l0к – длина свободной части каната при полной вытяжке (при расчете лебедки эта величина равна канатоемкости барабана, указанной в задании), l0к = Huпz; H – высота подъема груза, м; uп – кратность полиспаста;

z – число ветвей полиспаста, наматываемых на барабан.

Если выполняется условие qф ≤ q, расчетное усилие Fразр в канате определено верно, в противном случае – его необходимо пересчитать.

После выбора типа и диаметра каната необходимо определить его фактический коэффициент запаса прочности:

kф = Fразр .

Fmax

Должно выполняться условие kф ≥ k.

Выбрав канат, необходимо выписать его основные параметры

(см. прил. 5) и тип. При описании типа каната указывается: тип свивки и число прядей, число проволок в пряди и их взаимное расположение, материал сердечника и номер ГОСТа, нормирующего данный тип каната (рис. 3.4).

Рис. 3.4

37

Вопросы:

1.Опишите достоинства и недостатки использования стальных канатов в грузоподъемных механизмах.

2.Приведите классификацию стальных канатов по типу свивки прядей, количеству прядей, типу сердечника.

3.В чем отличие канатов типа ТК от канатов типа ЛК? Чем оно обусловлено?

4.Приведите на рисунке схему свивки каната:

–двойной правой параллельной;

–двойной левой крестовой.

5.Зависит ли направление нарезки барабана от направления свивки каната? Аргументируйте ответ.

6.Каким образом осуществляется выбор каната? От каких параметров зависит его диаметр?

7.Влияет ли на выбор диаметра каната вес поднимаемого гру-

за? Тип грузоподъемного механизма? Степень ответственности

ирежим работы механизма? Каким образом?

8.Какие факторы влияют на выбор других характеристик каната?

9.Канаты какого типа рекомендуется использовать при работе в закрытых помещениях? В агрессивных средах? При многослойной навивке на барабан?

10.Дайте расшифровку условного обозначения каната:

канат-13-Г-I-C-Н-1764 ГОСТ 2688–80.

38

Пример выполнения задания

3. Выбор каната

3.1. Определяем коэффициент полезного действия системы подвешивания груза:

ηc = ηпηблn ,

где n – число отклоняющих или направляющих блоков; ηп – КПД полиспаста; ηбл – КПД отклоняющих или направляющих блоков,

не входящих в полиспаст.

Поскольку для выбранной кинематической схемы n = 0,

где uп – кратность полиспаста, uп = 3; ηбл – среднее значение КПД одного блока, входящего в полиспаст, ηбл = 0,98.

3.2. Определяем расчетное усилие, в одной ветви каната, набегающей на барабан:

q – масса грузозахватных устройств, т, q = (0,01…0,03)Q; g – ускорение свободного падения, м/с; uп – кратность грузового полиспа-

ста; z – число ветвей полиспаста, наматываемых на барабан; ηс – общий КПД канатной системы.

3.3.С учетом грузоподъемности и режима работы механизма

всоответствии с требованиями ФСТН РФ определяем расчетное разрывное усилие каната:

Fразр ≥ kFmax =5 17,0 =85,0 кН,

39

где Fразр – сила, при которой разрушается канат, согласно ГОСТу; k – коэффициент запаса прочности. Для машинного привода при легком режиме работы k = 5 (см. прил. 7); Fmax – максимальная сила натяжения каната без учета динамической нагрузки, Fmax = Fб.

3.4. С учетом рекомендаций (прил. 6), технических характеристик выбранной крюковой подвески (dк = 11…14 мм) и условий работы механизма (повышенная влажность) по ГОСТ 2688–80 выбираем канат двойной свивки типа

ЛК-Р 6×19 (1+6+6/6) +1 о.с. ГОСТ 2688–80 диаметром dк = 13 мм,

который имеет при маркировочной группе проволок по временному сопротивлению разрыву σв = 1764 МПа разрывное усилие

F = 89,0 кН.

Масса 1000 м смазанного каната 596,6 кг.

3.5. Проверим корректность предварительного выбора массы грузозахватных устройств.

Было принято q = 0,02Q = 0,02 ·10 ·103 = 200 кг.

Фактическая масса грузозахватных устройств при полной вытяжке каната:

qф = mп + mк = 145 + 44,75 = 189,75 кг,

где mп – масса выбранной крюковой подвески, mп = 145 кг; mк – масса каната при полной вытяжке

mк = l0кm0к = Huпzm0к = 12,5 · 3 · 2 · 596,6 · 10–3 = 44,75 кг,

где m0к – масса 1 м каната (указана в каталоге), кг; l0к – длина свободной части каната при полной вытяжке, l0к = Huпz, м; H – высота подъема груза, м; uп – кратность полиспаста; z – число ветвей полиспаста, наматываемых на барабан.

qф = 189,75 < q = 200.

Расчетное усилие в канате определено верно.

40