Расчет такелажной оснастки

При монтаже технологического оборудования и металлоконструкций наравне с монтажными кранами различных типов применяется всевозможное такелажное оборудование и оснастка: монтажные мачты, порталы, шевры и стрелы, опоры, стойки, распорки, монтажные балки, монорельсы, траверсы, полиспасты, блоки, якоря, лебёдки, домкраты, канатные элементы различных назначений(стропы, ванты, стяжки, оттяжки, тяговые и тормозные канаты и т.п.).

Технически грамотное использование при условии обеспечения безопасности ведения монтажных работ без излишних запасов прочности связано с расчётом этого оборудования и оснастки.

Расчёт такелажных средств и оснастки сводится к решению следующих двух задач:

1. Определение максимальных расчётных усилий, возникающих в различных элементах такелажных средств в процессе подъёма и перемещения оборудования и конструкций.

2. Определение конструктивных размеров этих элементов с учётом максимальных нагрузок, действующих на них, или подбор стандартного технологического оборудования по расчётным нагрузкам.

Так, для изготовления траверсы вначале определяются расчётные усилия, действующие на неё, а затем по ним– её сечение; при использовании тягового механизма вначале рассчитывают усилие, действующее на тяговый канат, после этого по таблицам подбирается лебедка или трактор с соответствующей этим усилиям технической характеристикой.

Все грузоподъёмные устройства рассчитываются с учётом следующих нагрузок и воздействий:

− масс поднимаемого груза и самого грузоподъёмного устройства вместе со всеми монтажными приспособлениями;

− усилий в оттяжках, расчалках и сбегающих ветвях полиспастов;

− нагрузок, вызываемых отклонением грузоподъёмного устройства от вертикали;

− динамических воздействий, учитываемых коэффициентом, равным 1,1;

− ветровых нагрузок;

− масс поднимаемых грузов и захватных приспособлений;

− усилий оттяжек.

При переводе единиц системы МКГСС в систему СИ необходимо учитывать, что килограмм-сила Р равна весу тела, имеющего массу кг при нормальном ускорении свободного падения g= 9,8665 м/с², т.е. в системе СИ P= Gg. Округляя величину ускорения g  до10 м/с²,получаем P= 10G

В системе СИ единицей напряжения и давления является паскаль, или1 Н, делённый на1 м^2.

Для расчётов используют единицу килопаскаль и мегапаскаль          (1 кгс/см² ≈ 0,1 МПа= 10 кН/см²).

Расчет стальных канатов

Для выполнения такелажных работ, связанных с монтажом различного технологического оборудования  применяются стальные канаты. Они используются для изготовления стропов и грузовых подвесок, в качестве расчалок, оттяжек и тяг, а также для оснастки полиспастов, лебёдок и монтажных кранов.

В зависимости от назначения применяются канаты следующих типов:

– для стропов, грузовых подвесок и оснастки полиспастов, лебёдок, кранов– более гибкие канаты типа ЛК-РО конструкции 6 ×36(1 + 7 + 7/7 + 14) + 1 о.с. (ГОСТ7668–80); в качестве замены могут быть использованы канаты типа ТЛК-О конструкции 6 ×37(1 + 6 + 15 + 15) + 1 о.с. (ГОСТ3079–80);

Технические данные рекомендуемых типов канатов приведены в приложении А.

Расчёт стальных канатов выполняется в следующей последовательности:

1. Определяется разрывное усилие каната, кН

 

                       R_k =S•k_з                                                                                                     (5)

 

Где  S– максимальное расчётное усилие в канате, кН;

k_з – коэффициент запаса(принимается по приложению Б).

 

2. В зависимости от назначения выбираем  канат и по таблице

ГОСТ (приложение А) устанавливаем его характеристику: тип, конструкцию, временное сопротивление разрыву, разрывное усилие(не менее расчётного), диаметр и массу.

 

Пример 1. Подобрать и рассчитать стальной канат для электролебедки с тяговым усилием S=100кН

 

 

Расчет канатных стропов

 

Стропы из стальных канатов применяются для соединения монтажных полиспастов с подъёмно-транспортными средствами (мачтами, порталами, шеврами, стрелами, монтажными балками), якорями и строительными конструкциями,  а также для строповки поднимаемого или перемещаемого оборудования и конструкций с подъёмно-транспортными механизмами.

В практике монтажа используются следующие типы канатных стропов: обычные, к которым относятся универсальные и одно-, двух-, трёх- и четырёхветвевые, закрепляемые на поднимаемом оборудовании обвязкой или инвентарными захватами.

Технические данные рекомендуемых типов канатов приведены в приложении 1.

Канатные стропы рассчитываются в следующем порядке (рисунок 3).

1. Определяем напряжение в одной ветви стропа, кН                     

                 S=P/(m•cos )                                                          (6)

где Р– расчётное усилие, приложенное к стропу, без учёта коэффициентов перегрузки и динамичности, кН;

m– общее количество ветвей стропа;

α– угол между направлением действия расчётного усилия и ветвью стропа, которым задаёмся исходя из поперечных размеров поднимаемого оборудования и способа строповки (этот угол рекомендуется назначать не

более 45°, имея в виду, что с увеличением его усилие в ветви стропа резко возрастает).

2. Находим разрывное усилие в ветви стропа Rk, кН

                          Rk = S•k_з                                                       (7)

 

Где k_з – коэффициент запаса прочности для стропа в зависимости от типа стропа (приложение Б).

По расчётному разрывному усилию, пользуясь таблицей ГОСТ (приложение А), подбираем  стальной канат и определяем его технические данные и заносим в таблицу:

Таблица 4 - Технические характеристики каната типа ЛК-РО конструкции 6 ×36(1 + 7 + 7/7 + 14) + 1 о.с. (ГОСТ7668–80) для стропов

Наименование характеристики	Значение характеристики
Диаметр каната, мм
Маркировочная группа, Н/мм2
Разрывное усилие, Н
Ориентировочная масса 1000 м смазанного каната, кг

 

Пример 2. Рассчитать стальной канат для стропа, применяемого при подъеме станка, массой  Go= 15т

 

Рисунок 3 – Схема для расчета стропов

Расчет такелажных скоб

Такелажные скобы применяются как соединительные элементы отдельных звеньев различных грузозахватных устройств или как самостоятельные захватные приспособления.

Зная нагрузку, действующую на скобу, задавшись размерами элементов, необходимо проверить её на прочность. Этот расчёт выполняется в следующем порядке (рисунок 3):

1. Находим усилие Р, действующее на скобу, кН

                     Р = S ×kn×kд                                                                                                                     (8)

где  S– нагрузка, действующая на скобу (масса поднимаемого станка), кН

kn=1,1- коэффициент неравномерности нагрузки

kд =1,1- коэффициент динамичности

Рисунок 3- Скоба такелажная:

1– ветвь скобы; 2– штырь; 3– бобышка

2. Проверяем ветви скобы выбранного типоразмера (таблица 5) на прочность при растяжении:

                                                                                                  (9)

Где Fс – площадь сечения ветви скобы, см² (определяется исходя из размеров диаметра ветви скобы  dс, подобранного по таблице 5).

Rраст= 210 МПа - Расчетное сопротивление при растяжении (Приложение В)

m= 0.85- коэффициент условий работы (Приложение Г)

Таблица 5- Скобы такелажные

3. Определим изгибающий момент М в штыре, кН ⋅ см

                                                                                                                       (10)

где l – длина штыря между ветвями скобы (таблица 5).

4. Находим момент W сопротивления сечения штыря, см³

                                                                                                                           (11)

где d ш – диаметр штыря (таблица 5).

5. Проверяем штырь скобы на прочность при изгибе:

                                                                                                                  (12)

Rизгиба = 210 МПа - Расчетное сопротивление при изгибе (Приложение 3)

m= 0.85- коэффициент условий работы (Приложение Г)

6. Проверяем штырь скобы на срез:

                                                                                                            (13)

где Fш – площадь сечения штыря, см² (определяется исходя из размеров диаметра штыря).

Rср= 130 МПа- Расчетное сопротивление при срезе (Приложение В)

m= 0.85 - коэффициент условий работы (Приложение Г)

7. Проверяем отверстия скобы на смятие:

                                                                                                         (14)

где δ – толщина бобышки скобы для штыря, см (соответствует диаметру ветви скобы

dс).

Rраст= 170 МПа - Расчетное сопротивление при смятии (Приложение В)

m= 0.85 - коэффициент условий работы (Приложение Г)

 

 

Расчет монорельса

Расчет монорельсов (рисунок 4) выполняется в следующей последовательности.

 

Рисунок 4- Расчетная схема монорельса

 

1.Находим усилие действующее на монорельс, кН

                           P=10 G₀ k_n k_д +10 G_т k_n                                                                                                               (15)

где G₀ – масса поднимаемого оборудования,т:

   G_т – масса тельфера, определяется по таблице 6.

Таблица 6 – Массы талей и тельферов

2.Определяем максимальный изгибающий момент (Кн•см) в монорельсе, пренебрегая изгибающим моментом от собственной массы его, составляющим незначительную долю (около 1%) от общего изгибающего момента.

 

                                     М_max=P l / 4                                                           (16)

 

 

где l -пролет монорельса,см.

3.Находим требуемый момент сопротивления поперечного сечения монорельса, см^3.

                                   W_тр=M_маx/ (m•0,1R)                                                             (17)

 

4. Принимаем сечение двутавровой балки для монорельса (приложение Д) по ГОСТ19425–74 или ТУ14-2-24–72, а в качестве замены – по ГОСТ8239–72 выбираем значение момента сопротивления сечения W_x^д, ближайшее к расчётному W_тр.

Пример11.Рассчитать сечение двутавровой балки монорельса для5-тонного тельфера с длиной пролёта 6 =lм

(рис. 4).

Решение.

      1. Находим усилие, действующее на монорельс