Гибкие тяговые органы

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО БрГУ

Кафедра СДМ и О

Лабораторная работа №8

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

Шаг t

Ширина В

Нагрузка F

Теоретический вес 1 пог. м, в кг

Пробная (испытател.)

Разрывная

Fp, T

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.

Сварные цепи имеют своим преимуществом гибкость и способность обеспечивать работу с блоками и барабанами малых диаметров; цепи просты и дешевы в производстве.

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
11	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	5360
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)

где Fmax - наибольшее допускаемое растягивающее усилие;

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