Гибкие тяговые органы
Федеральное
агентство по образованию
ГОУ ВПО БрГУ
Кафедра СДМ и
О
Лабораторная
работа №8
Гибкие
тяговые органы
Выполнил:
ст. группы СДМ 03-1
Перминов М.В.
Проверил:
преподаватель Кулаков
А.Ю.
Братск 2006
Цель работы: Изучить назначение, разновидности, устройство, а также основы расчёта
гибких тяговых органов, применяемых в грузоподъёмных машинах. По заданной схеме
полиспаста и грузоподъёмности крана, а также режиму работы подобрать канат.
Цепи
Грузовые цепи бывают двух видов, различаемых по конструкции и
методу их производства. Грузовые сварные цепи, имеющие звенья овальной формы
(рис. 1.), изготовляют из круглой горячеканатной стали (ГОСТ 2590-57) Ст. 2 и
Ст. 3 с помощью сварки. Цепи диаметром менее 5 мм изготовляют из круглой
качественной калиброванной холоднотянутой стали (ГОСТ 7417-57). Основные
размеры цепи: шаг t равный большей оси внутреннего овала,
диаметр заготовки звена d и ширина звена В (см.
рис. 1).
Сварные цепи по степени
точности могут быть калиброванными и некалиброванными. Цепи этой группы
применяют при работе, когда скорость подъёма груза не превышает / м/сек, в качестве:
чал очных приспособлений для подвешивания грузов к грузозахватным узлам,
основных подъёмных органов для талей, тельферов, лебёдок и кранов с ручным
приводом. После завершения монтажа сварные цепи испытывают под нагрузкой,
составляющей половину разрывной (см. табл. 1). Цепи стандартизованы по ГОСТ
2319-55, причём диаметр заготовки звена некалиброванных цепей принят в пределах
от 2 до 60 мм; в качестве грузовых применяют цепи диаметром от 5 мм и выше.
Разрывная нагрузка Fр от 0,64 до 136 Т.
Таблица 1
Диаметр цепной стали
d
|
Шаг t
|
Ширина В
|
Нагрузка F
|
Теоретический вес 1 пог. м, в кг
|
Пробная (испытател.)
|
Разрывная
Fp, T
|
8
9
11
13
16
18
20
|
23
27
31
36
44
50
56
|
27
32
36
43
53
58
66
|
1,2
1,55
2,3
3,3
5,1
6,4
8,0
|
2,4
3,10
4,6
6,6
10,2
12,8
16,0
|
1,40
1,76
2,58
3,70
5,60
6,94
8,76
|
Калиброванные цепи имеют диаметр заготовки звена от 5 до 40
мм и выдерживают разрушающую нагрузку 0,64 до 60,6 Т.
К недостаткам сварных цепей относят: большой собственный вес,
малые допускаемые скорости, значительный износ и чувствительность к
перегрузкам.
РАСЧЁТ СВАРНЫХ ЦЕПЕЙ
Цепи рассчитывают на растяжение с пониженными допускаемыми
напряжениями, так как внутренние напряжения в звеньях считают статически
неопределимыми; кроме того, при работе цепей возникают добавочные напряжения
изгиба при охвате цепями барабанов или блоков. Поэтому расчётная формула
учитывает не напряжения, а нагрузки (силы):
(1)
где: Fp - разрушающая нагрузка;
Fmax - наибольшая
допускаемая нагрузка;
пц - запас
прочности при растяжении.
При определении Fmax разрушающую нагрузку Fp принимают по ГОСТ 2319-55 (см. табл. 1). Величину запаса
прочности пц принимают в зависимости от следующих факторов:
- при ручном приводе и
некалиброванных цепях nц=3,
- при калиброванных цепях nц= 4,
- при
машинном приводе и калиброванных цепях nц= 6,
- при
некалиброванных цепях nц= 8.
- при
использовании сварных цепей для подвешивания груза к крюку или траверсе
принимают nц= 6.
ПЛАСТИНЧАТЫЕ ШАРНИРНЫЕ ГРУЗОВЫЕ ЦЕПИ
Эти цепи применяют при скорости не свыше V= 1,5 м/сек. Конструкция цепей имеет сходство с
ранее рассмотренными приводными цепями. Цепи состоят из пластин 1, которые
шарнирно соединены между собой круглыми валиками 2 (рис. 2). Число пластин
зависит от нагрузки на цепь и может быть в пределах от 2 до 12. Пластины
удерживают на цапфах валиков, которые расклёпаны на концах; применяют и другие
способы фиксирования пластин на цапфах, в том числе шплинты с шайбами или без
них (рис. 2 а, б).
Пластинчатые цепи используют в качестве подъёмных органов для
ручных талей. При наличии машинных приводов эти цепи применяют для машин
большой грузоподъёмности.
К недостаткам пластинчатых цепей следует отнести
недопустимость усилий, направленных под углом к плоскости вращения звеньев: так
как это вызывает значительные напряжения изгиба в пластинах и может привести к
поломке валиков. Эти цепи весьма чувствительны к пыли и грязи, ускоряющим
абразивный износ, поэтому применение пластинчатых цепей в открытых
грузоподъёмных машинах не рекомендуется. Пластинчатые
грузовые цепи стандартизированы (ГОСТ 191-25).Расчёт пластинчатых цепей ведут
на растяжение по формуле (1), причём запас прочности nц, при скорости не свыше 1 м/сек, принимают nц= 6, при скорости 1-1,5 м/сек - nц=8.
Стальные проволочные канаты
В грузоподъемных устройствах и машинах чаще всего используют стальные
проволочные канаты (тросы). Пеньковые и хлопкобумажные канаты, имеющие низкие
механические качества, используют лишь в подъёмных устройствах с ручным
приводом; основное же их значение - это различные чалочные приспособления для
крепления грузов к захватным узлам; эти канаты имеют стандарт (ГОСТ 483-55); по
правилам Госгортехнадзора запас прочности для пеньковых и хлопкобумажных
канатов принимают не менее n=10-12.
Стальные канаты конструктивно различают по форме поперечного
сечения, кратности и направления свивки, по типу и числу сердечников. Канаты
имеют технические характеристики, регламентированные ГОСТ 3062-55 до 3098-55 и
2688-55. Технические условия на стальные канаты даны в ГОСТ 3247-55.
По назначению канаты разделены на 6 групп:
1. Поддерживающие — для расчалки мачт и труб, подвески
кабелей, мостов и пр.
2. Привязные - для лесосплава, швартования, такелажных работ
и для якорей.
3. Несущие - для кабель-кранов, подвесных канатных дорог.
4. Тяговые - для механической откатки, подвесных канатных
дорог, для экскаваторов, дерриков.
5. Подъёмные — для ручных лебёдок, тельферов, лифтов, кранов,
шахтных подъёмных машин, экскаваторов и дерриков и для видов подъёмных
устройств.
6. Специальные - для электрификации, приборов, самолётов, нефтяных
скважин и специального назначения.
Стальные канаты делают из
проволок диаметром от 0,2 до 4,5 мм с пределом прочности при растяжении 140-200
кг/мм2. В производстве канатов чаще всего применяют светлую проволоку без
защитных антикоррозийных покрытий; однако для канатов, предназначенных для
работы во влажных помещениях и под открытым небом, применяют оцинкованную
проволоку; при этом наличие антикоррозийного покрытия снижает несущую
способность каната примерно на 10% вследствие отпуска материала при оцинковке.
Стальные канаты изготовляют на специальных машинах, где
отдельные проволоки свивают в пряди или стренги, которые затем свивают в канат.
Стренги свивают вокруг сердечника из пеньки, асбеста или более мягких проволок.
Проволочный или асбестовый сердечники применяют в канатах, работающих в горячих
цехах. Канаты с пеньковым сердечником, хотя и обладают меньшей прочностью, но
более гибки и лучше противостоят износу, так как пеньковые сердечники впитывают
в себя смазку и хорошо её удерживают при эксплуатации.
Число проволок в каждой стренге (пряди) и число стренг в
каждом канате может быть различным. Чаще всего встречаются шести - и
девятипрядные канаты. На (рис. 4, а) показано сечение шестипрядного каната
нормальной структуры из проволок одинакового диаметра; на (рис. 4, б)
-однопрядный канат, в этом канате имеет место взаимное пересечение проволок
смежных рядов (рис. 3, б); канат на (рис. 3, г) имеет так называемую крестовую
свивку, которая распространена больше других (например, параллельной или
комбинированной свивки). Если в заготовленных прядях все проволоки
располагаются по левым винтовым линиям, то при изготовлении каната эти пряди
можно свивать опять влево, т. е. в ту же сторону, такая свивка будет называться
параллельной (рис. 3, в). В крестовой свивке направление свиваемых проволок в
прядях является противоположным (рис. 3, г) направлению свивки самих прядей при
образовании каната.
Сравнительно с цепями стальные канаты имеют преимущества:
меньший вес, бесшумность хода, большая надёжность в
эксплуатации (так
как ослабление каната может быть выявлено при появлении
обрывов в отдельных наружных проволоках задолго до полного разрушения),
дешевизна.
К недостаткам стальных
канатов следует отнести необходимость применения барабанов большого диаметра,
чем диаметры звёздочек или барабанов для цепей, что в целом утяжеляет
конструкцию и увеличивает её габарит.
Отдельные выдержки из стандарта на стальные проволочные
канаты приводим в табл. 2.
Таблица 2
Выдержка из стандарта (ГОСТ 3070-55) для стальных канатов из
групп тяговых и подъёмных.
Диаметры
|
Площадь сечения всех проволок
|
Вес 1 пог. Метра каната
|
Разрывное усилие
|
каната
|
проволок
|
Всех проволок каната
|
Каната в целом *
|
мм
|
мм
|
мм2
|
кг/м
|
кг
|
кг
|
6,7
|
0,4
|
14
|
0,13
|
2100
|
1790
|
7,6
|
0,5
|
22
|
0,2
|
3300
|
2800
|
9,2
|
0,6
|
32
|
0,29
|
4800
|
4070
|
0,7
|
44
|
0,4
|
6600
|
5600
|
12,5
|
0,8
|
57
|
0,52
|
8550
|
7250
|
14
|
0,9
|
73
|
0,65
|
10900
|
9250
|
15,5
|
1,0
|
90
|
0,81
|
13500
|
11400
|
17
|
1,1
|
108
|
0,92
|
16200
|
13800
|
18,5
|
1,2
|
129
|
1,2
|
19300
|
16400
|
20
|
1,3
|
151
|
1,3
|
22700
|
19300
|
21,5
|
1,4
|
176
|
1,6
|
26400
|
22400
|
23
|
1,5
|
202
|
1,8
|
30200
|
25700
|
25
|
1,6
|
228
|
2,1
|
34000
|
29200
|
8,8
|
0,4
|
28
|
0,24
|
4200
|
3430
|
11
|
0,5
|
44
|
0,38
|
6600
|
13
|
0,6
|
63
|
0,57
|
9450
|
7760
|
15,5
|
0,7
|
85
|
0,77
|
12750
|
10500
|
17,5
|
0,8
|
112
|
1,0
|
16800
|
13700
|
19,5
|
0,9
|
141
|
1,2
|
21200
|
17300
|
21,5
|
1,0
|
174
|
1,6
|
26100
|
21400
|
24
|
1,1
|
201
|
1,8
|
31600
|
25900
|
26
|
1,2
|
251
|
2,3
|
37600
|
30800
|
28
|
1,2
|
295
|
2,6
|
44200
|
36200
|
30
|
1,3
|
342
|
3,1
|
51200
|
42000
|
32,5
|
1,5
|
392
|
3,6
|
58800
|
48200
|
34,5
|
1,6
|
446
|
4,1
|
66900
|
54800
|
* - Указано для канатов
из проволок с расчетным пределом прочности кг/мм2
РАСЧЁТ СТАЛЬНЫХ КАНАТОВ
При работе каната под растягивающей нагрузкой действие её на
каждую проволоку, составляющую канат, весьма сложно и различно по своему
характеру. Проволоки могут подвергаться растяжению, изгибу, сжатию и
скручиванию; эти сложные напряжения зависят от многих причин, в том числе от
диаметра и числа проволок, числа прядей, углов наклона проволок и самих прядей,
конструкции и материала сердечников, качества изготовления, условий работы и
других факторов. Следовательно, аналитически невозможно точное определение
величины рабочего напряжения в канате вследствие чего выбор размера каната
производят из условия, аналогично выбору цепей:
, (2)
Fp - разрывающая
сила (указывается в паспорте каната заводом-изготовителем, может быть принята
по табл. 2);
n - коэффициент запаса прочности каната (табл. 3).
Срок службы каната
зависит от числа перегибов и диаметров блоков или барабанов, которые он
огибает. В данном случае большое значение имеет явление усталости материала
каната, причём чем меньше диаметр барабана или блока, тем сильнее сказывается
влияние усталости и быстрее наступает разрушение. Критическим размером диаметра
D6 блока или барабана считают: D6 = 12dk (dk - диаметр каната); при меньших значениях D6 работа стального каната не допускается, так как канат в этом
случае сильно деформируется и в короткое время изнашивается. Минимально
допускаемый диаметр D6 блока или барабана должен быть больше
на 40-50% критического размера. Из этих соображений срок службы канатов
определяют отношением D6 /dk По правилам и нормам Госгортехнадзора выбор минимально
допустимого диаметра D6 и соответствующего этому диаметру
запаса прочности каната п можно производить по данным табл. 3.
Считают, что при постоянной нагрузке и отношении D6/dk срок работы каната примерно обратно пропорционален числу
перегибов, причём за один перегиб принимают переход каната из прямого положения
в изогнутое или наоборот, из изогнутого в прямое. Если канат работает с
обратным перегибом, т. е. перегиб меняется в сторону, противоположную
предшествующему, то такой перегиб считается как два одинарных, и время службы
каната сокращается в два раза.
До настоящего времени расчёт размеров каната на прочность,
как можно видеть из формулы (2), является условным, поэтому во всех
ответственных узлах тросы должны проходить проверку на разрывное усилие с
учётом тех условий эксплуатации, для которых стальной канат предназначен.
Правильно назначенная смазка и надлежащий уход при
эксплуатации значительно повышают срок службы канатов, предохраняя их от
ржавления и истирания отдельных проволок друг от друга и о поверхность блоков и
барабанов. Смазку канатов осуществляют специальными канатными мазями, которые
состоят из смеси графита и вазелина или смеси дёгтя и животного жира.
ПРИМЕРНЫЙ ПОРЯДОК ПОДБОРА И РАСЧЁТА КАНАТОВ СЛЕДУЮЩИЙ:
1. Выбирают канат по табл. 2 или справочникам в зависимости
от его назначения (по группам, перечисленным выше).
2. Назначают диаметр проволоки, из которой сплетён канат; с целью
предупреждения быстрого износа проволока не должна быть слишком тонкой; так, например,
для грузоподъёмных механизмов кранов, мощностью до 10 ч- 15 квт, толщину проволок
принимают в пределах 0,6 -1,0 мм; для пассажирских подъёмников 0,5 - 0,8 мм;
эти назначения согласовывают с табличными данными.
3. Выбирают расчётный
предел прочности проволоки пределом прочности , обычно указываемый в таблицах справочников
(см. табл. 2).
4. Определяют диаметр каната соответственно с выбранной толщиной
проволоки и пределом прочности <тв согласно табл. 2 или справочников.
5. Исходя из условий работы грузоподъёмного механизма,
выбирают запас прочности n в
увязке с принятым диаметром каната и диаметром блока или барабана по табл. 3
или справочникам.
6. Проверяют максимально
допускаемое усилие, которое может выдержать канат Fmax по формуле (2) и сопоставляют с заданным для расчёта усилием.
Если расчётное усилие несколько больше заданного или равно ему, то расчёт можно
считать законченным.
гибкий тяговый канат сварной цепь
Таблица 3
Группы грузоподъемных машин и
механизмов
|
Тип приводов режимы работы
|
Наименьший допускаемый диаметр
барабанов или блоков D6
|
Наименьшее допускаемое значение
коэффициента запаса прочности n
|
А. Краны стреловые на
автомобильном-гусеничном и железнодорожном ходу; краны и подъемные механизмы
на строительных и временных работах
|
Ручной привод
|
16dk
|
4.5
|
Машинный привод
Легкий режим
Средний режим
Тяжелый режим
|
16 dk
18 dk
20 dk
|
5.0
5.5
6.0
|
Б. Все остальные типы кранов и
подъемных механизмов.
|
Ручной привод
|
18 dk
|
4,5
|
Машинный привод
Легкий режим
Средний режим
Тяжелый режим
|
20 dk
25 dk
30 dk
|
5.0
5.5
6.0
|
В. Лебедки грузоподъемностью до 1
Т.
|
Ручной привод
|
12 dk
|
4,0
|
Г. Подъемники грузовые с
проводниками и пассажирские
|
Машинный привод
Легкий режим
Средний режим
Тяжелый режим
|
40 dk
40 dk
|
9,0
12,0
|