Такелажные средства для проведения монтажных работ

Работы по перемещению оборудования к месту монтажа или предварительной сборки называются такелажными.

Основными операциями при такелажных работах являются: строповка перемещаемого оборудования, расстроповка его после установки в проектное положение или выгрузки у мест укладки и самоперемещение на небольшое расстояние с помощью лебедок, домкратов, а также операции подъема и опускания.

Средства, с помощью которых ведут такелажные работы, назы­вают такелажной оснасткой. Они состоят из канатов, цепей, стро­пов, блоков, полиспастов, лебедок, талей и домкратов, якорей, мачт, расчалок.

Канаты

На монтажных работах широко используются канаты: пенько­вые, капроновые и из стальной проволоки. Канаты различаются по конструкции, типу, направлению свивки, виду проволоки, назначе­нию.

Пеньковые и капроновые канаты в основном применяют для руч­ных оттяжек, а также в качестве грузовых канатов при подъеме не­больших грузов вручную через блоки.

Эти канаты изготавливают из отдельных нитей. Нити скручива­ют в пряди, а пряди — в каболки. Пеньковые канаты бывают смольные и бельные в зависимости от того, изготавливаются ли они из смоленых пеньковых каболок, пропитанных горячей смолой, или несмоленых. Канат того или другого типа может иметь норма­тивную и повышенную прочность.

Стальные канаты делают из отдельных проволок диаметром 0, 5 — 3, 5 мм. Проволоки свивают в пряди, а пряди навивают на ор­ганический или металлический сердечник. При монтажных работах наиболее широко применяют шестипрядные канаты двойной свив­ки, т. е. канаты, состоящие из шести прядей, свитых из отдельных проволок, и органического сердечника (из пеньки, манильского во­локна, асбеста). Мягкий органический сердечник увеличивает гиб­кость каната, улучшает его сопротивляемость динамическим нагруз­кам и обеспечивает удерживание смазки, предохраняющей проволоку от коррозии и усиленного износа. Канаты изготавливают из светлой (неоцинкованной) и оцинкованной стальной проволоки. Хотя тросы из оцинкованной проволоки более стойки к коррозии, однако их прочность меньше на 7 — 10% и они дороже. При надле­жащем уходе за канатами в процессе эксплуатации выход его из строя происходит не вследствие коррозии, а в результате усталост­ного разрушения проволок под действием динамических нагрузок и многократных перегибах на роликах. Поэтому для монтажных работ применяют канаты из светлой неоцинкованной проволоки. В

Рис. 2.1. Стальные канаты:

а — параллельная (односторонняя) левая свивка; б — параллельная (односторонняя) правая свивка; в — крестовая свивка; т — комбинированная свивка

Различают канаты с точечным касанием проволок между слоями прядей (ТК), с линейным касанием (ЛК) и с комбинированным то­чечно-линейным касанием (ТЛК). Канаты типа ТК по назначению изготовляют грузовые (Г) и грузолюдские (ГЛ). Канаты ЛК более прочны и износостойки, чем ТК. Проволоки, из которых свивается канат, могут быть одинакового или различного диаметра. При раз­ном диаметре проволок в обозначение каната добавляется буква (Р), при одинаковом — (О). В зависимости от направления свивки верхнего слоя проволоки различают канаты правой (П) и левой свивок (Л). В зависимости от комбинации направлений свивки пря­дей и проволок в прядях различают канаты параллельной (односто­ронней) свивки, когда направление свивки проволок в прядях и прядей в канате одинаковое; крестовой свивки, когда направление свивки проволок в прядях противоположно направлению свивки прядей в канате; комбинированной свивки, когда проволоки в двух соседних прядях имеют противоположное направление (рис. 2.1).

По виду свивки различают канаты обыкновенные и нераскручи­вающиеся (Н), т. е. такие, которые не раскручиваются после сня­тия концевых перевязок (марок). Канаты крестовой свивки менее прочны и гибки, чем канаты односторонней свивки, но последние более подвержены самораскручиванию.

В грузоподъемных механизмах и для такелажных работ приме­няют канаты комбинированной и крестовой свивки. Канат, свитый из нескольких канатов, называется кабелем и применяется при больших растягивающих усилиях.

Гибкость каната при прочих равных условиях определяется диа­метром проволок и их числом. Чем меньше диаметр проволоки или чем больше их число в пряди при одинаковом диаметре проволок и числе прядей, тем канат более гибкий. Вместе с тем, канат из про­волок меньшего диаметра стоит дороже и быстрее изнашивается.

Из большого числа выпускаемых отечественной промышленнос­тью разновидностей стальных канатов (по стандарту несколько де­сятков) преимущественно применение при монтаже нашли канаты диаметром до 56 мм (ГОСТ 2688 — 80) и диаметром до 63 мм (ГОСТ 7668-80).

Канаты в зависимости от назначения подразделяют на грузовые, поддерживающие, несущие и строповые.

Грузовые канаты применяют для подъема или горизонтального перемещения грузов в различных системах полиспастов. Грузовые ка­наты в процессе работы подвергаются многократным изгибам на роликах блоков и барабанах лебедок. Поэтому они должны обладать до­статочно большой гибкостью и прочностью. Этим требованиям наиболее полно удовлетворяют канаты конструкции 6 х 36 + 1 о. с. (ГОСТ 7668—80). В качестве замены могут быть использованы кана­ты конструкции 6 х 37 + 1 о. с, (ГОСТ 3079 — 80). Обозначение кон­струкции каната: первая цифра означает число прядей в канате, вто­рая — число проволок в пряди, третья — число органических сердечников (о. с.).

Поддерживающие канаты служат для придания устойчивости гру­зоподъемным средствам и для управления положением груза во время его подъема и перемещения. Канаты этой группы (всевозможные расчалки или ванты, оттяжки и т. п.) в процессе работы не подвер­жены многократным изгибам (их изгибают только один раз в местах крепления), поэтому они могут быть более жесткими, чем грузовые. Поддерживающие канаты выбирают конструкции 6 х 19 + 1 о. с. (ГОСТ 2688—80). В качестве замены допускается применять канаты конструкций 6 х 25 + 1 о. с. (ГОСТ 7665—80) или 6 х 19 + 1 о. с. (ГОСТ 3077-80).

Несущие канаты применяют в качестве рельса монтажного ка­бельного крана и тросовых дорожек. Применяют канаты по ГОСТ 2688-80.

Строповые канаты служат для обвязки (строповки) перемещае­мого груза. Эти канаты должны быть достаточно гибки, чтобы до­пускать многократные перегибы и вязку узлов. В качестве стропо­вых применяют канаты по ГОСТ 7668—80, а в случае замены канатами других стандартов аналогично грузовым канатам.

Пример условного обозначения каната: канат 28-Г-Т-Л-О-Н-1800 ГОСТ 2688 — 80; это канат диаметром 28 мм, грузового назначения, из светлой проволоки марки 1, левой односторонней свивки, нерас­кручивающийся, с маркировочной группой по временному сопро­тивлению разрыву 1800 Н/мм.

Расчет канатов

Нагруженный канат работает в весьма сложных условиях. Про­волоки каната подвергаются растяжению, кручению, изгибу, а также взаимному трению. При этом наружные проволоки изнаши­ваются в большей степени, что сокращает срок службы каната и за­ставляет увеличивать запас прочности.

При отправке заказчиком завод-изготовитель снабжает канат сер­тификатом, удостоверяющим его качество и количество (длину и массу), а также разрывное усилие каната в целом, которое является основной характеристикой каната. Часто приводится лишь значение суммарного разрывного усилия всех проволок в канате, которое не­обходимо пересчитать на значение разрывного усилия для каната в целом, пользуясь соотношениями, приведенными в стандарте на канат данной конструкции и прочности проволок. В среднем сум­марное разрывное усилие проволок больше разрывного усилия ка­ната на 17%, т. е.

(2.1)

где R — разрывное усилие для каната;

R_C — суммарное разрывное усилие проволок.

Канаты для монтажных работ рассчитывают только на растяже­ние в следующем порядке. Определяют максимальную нагрузку S на канат (на одну ветвь). Усилие S на одну ветвь каната определя­ют в зависимости от массы груза, числа грузовых ветвей, направле­ния канатов в системе, действия ветра и т. п. При этом для расчета используют величину усилия для наиболее неблагоприятного слу­чая сочетания нагрузок. Затем в зависимости от назначения и усло­вий работы (режима) каната выбирают коэффициент запаса проч­ности, после чего определяют расчетное усилие

(2.2)

где S — усилие на одну ветвь каната в грузоподъемной системе без учета динамических нагрузок;

К_З — коэффициент запаса прочности каната.

Коэффициент запаса прочности К_З выбирают по справочникам в зависимости от назначения каната, режима работы грузоподъемного механизма (скорость перемещения груза, близость людей и др.) и конструкции стропового устройства. Если скорость каната не пре­вышает 0, 2 м/с, он работает без рывков и число изгибов на роли­ках не превышает четырех, то это легкий режим работы. Тяжелый режим работы характеризуется скоростью каната более 0, 2 м/с, рывками и числом перегибов на роликах более четырех. Значения К_З в основном лежат в пределах от 3 до 8.

Если используют имеющийся канат, то для проверки его по дей­ствующей нагрузке и усилию определяют фактический коэффици­ент запаса К_З1 величина которого должна быть не менее норматив­ного коэффициента К_З.

Разрывные усилия R₁ и R₂ (или допустимые усилия S_g1 и S_g2) для канатов одинаковой конструкции и назначения, но различных диаметров d₁ и d₂, связаны соотношением

(2.3)

Стальные канаты должны соответствовать требованиям ГОСТ 3241 — 91 «Канаты стальные. Технические требования», а также го­сударственным стандартам, установленным на определенные типы и конструкции канатов.

Выбор, расчет и эксплуатация стальных канатов грузовых и стре­ловых полиспастов кранов, расчалка стрел кранов, а также канатов стропов производят в соответствии с «Правилами устройства и без­опасной эксплуатации грузоподъемных кранов» Ростехнадзора (Федеральная служба по экологическому, технологическому и атомному надзору).

Соединение и закрепление канатов

Для соединения двух кусков каната, а также при изготовлении петель и инвентарных стропов используют неразъемные и разъем­ные соединения. К неразъемным соединениям относятся соединения сплеткой и гильзами.

Сплетение концов канатов используют главным образом при из­готовлении инвентарных стропов, предназначенных для подъема однотипных грузов. Длина сплетки зависит от диаметра каната. Сплетение канатов является трудоемкой операцией. С помощью сплетки соединяют прямые концы канатов, а также изготавливают петли.

Широкое применение получают гильзоклиновые соединения. Канат загибают вокруг продольной оси клина и втягивают в ци­линдрическую гильзу. Затем обжимают гильзу вместе с концами каната, после чего гильза приобретает овальную форму. Гильзы изготавливают из стальных труб и предварительно отжигают. Разме­ры гильз и клиньев берут из соответствующих справочников. Также разработан гильзовый способ соединения без клинового сер­дечника.

Неразъемные соединения кроме сложности образования стыка имеют тот недостаток, что при обрыве проволочек каната выше до­пустимого числа трудно использовать оставшуюся часть каната.

Изготовление разъемных соединений проще и менее трудоемко. При обрыве на отдельных участках числа проволок более допусти­мого оставшаяся часть неповрежденного каната может быть приме­нена повторно.

Разъемные соединения осуществляют несколькими способами. В большинстве случаев канаты соединяют, завязывая узлы и скреп­ляя концы их зажимами или обвязывая мягкой отожженной прово­локой. Свободный конец каната, закрепляемый зажимами, должен иметь длину не менее 300 мм. Зажимы ставят с шагом t = 6d, где d — диаметр каната, мм. Число зажимов n для крепления можно определить, по следующему простому уравнению:

(2.4)

Полученное по этому уравнению число зажимов округляют до ближайшего большего целого числа. Усилие, необходимое для сжа­тия канатов, создается в зажиме затяжкой резьбовых соединений.

Наиболее простым способом является соединение скобами и планками. На согнутый в виде петли конец каната надевают скобы и планки (рис, 2.2.). Распространены также зажимы из круглой стали. Размеры этих зажимов для канатов различных диаметров приводятся в справочниках. Применяют также кованые зажимы, которые обеспечивают высокую прочность соединения и мало по­вреждают канаты. Перспективным является применение клиновых зажимов (рис. 2.3.), включающих клин, обойму, небольшое число болтов. Для регулирования длины тросов во время работы (напри­мер, для оттяжки мачт) используют винтовые стяжки (фаркопфы).

Рис. 2.2. Зажимы для крепления тросов

Для сращивания тросов и для прикрепления их к такелажным средствам используются также узлы. Основные требования, кото­рые предъявляют к монтажным узлам, сводятся к тому, чтобы они были простыми, без резких перегибов троса; надежно держались во время работы и легко развязывались после снятия или опускания груза на место. В зависимости от назначения существуют различ­ные типы узлов; прямой узел, рифовый узел, штыковой узел, вязка в коуш или петлю, удавка или плотничий узел, удавка с нахлест­кой, мертвая петля, крестовая петля, морской узел, крюковой узел.

Рис. 2.3. Клиновой зажим

Для предохранения стальных канатов при крутом перегибе от смятия, а проволоки каната от перетирания и тем самым от быстро­го износа каната применяют коуши. Коуши применяют также для изготовления специальных петель, которыми часто заканчиваются концы тросов полиспастов, растяжек стреловых кранов, стропов и др. Коуши изготовляют из листовой стали штамповкой и для предохранения от коррозии оцинковывают.

Стропы

Стропы предназначаются для захвата груза и подвески его на крюк или петлю грузоподъемного устройства и изготавливаются из пеньковых или стальных канатов, а также цепей.

В большинстве случаев стропы выполняют из стальных канатов. Стропы подразделяются на универсальные, облегченные, многоветвевые, витые и цепные.

Универсальные стропы представляют собой замкнутую петлю. Такие стропы изготавливают из канатов диаметром 19, 5 — 30 мм. Длина петли 5 — 15 м, а длина на заплетке равна 40 диаметрам ка­ната.

Облегченные стропы выполняют из канатов диаметром 12—30 мм. В зависимости от назначения стропов на концах каната делают петли, которые огибают вокруг коуша. В петлях каната закрепляют крюки или металлические кованые петли.

Многоветвевые стропы состоят из отдельных облегченных стро­пов, один конец которых закреплен в петле. Они бывают двух-, трех- и четырехвётвевые.

Витые инвентарные стропы применяют для подъема грузов боль­шой массы. Эти стропы представляют собой замкнутую петлю пере­витых между собой и плотно уложенных витков каната. Прочность и долговечность витых стропов в значительной мере зависят от се­чения, максимального заполнения и равномерного распределения витков. Наиболее рациональной формой являются стропы из 7, 19, 37 и 61 витка стального каната. Такие стропы изготовляют на кон­дукторах.

Расчет усилий в ветвях стропов

Усилия S, действующие на строп, зависят от положения ветвей стропа относительно силы тяжести G.

Если направление стропа совпадает с направлением силы тяжес­ти (одиночный строп), то усилие на стропе равно силе веса подни­маемого груза.

При обвязке груза несколькими стропами (или в несколько ниток), направление которых совпадает с направлением силы тя­жести, усилие в каждом стропе (нитке) равно

(2.5)

где n – число стропов (ниток).

Если строп имеет две или более ветвей, то усилия в ветвях стро­па должны быть определены с учетом направления ветвей стропа. С увеличением угла наклона ветвей стропа к вертикали возрастают усилия в ветвях, а также горизонтальные усилия, сжимающие под­нимаемую конструкцию.

Рассчитаем усилия в стропе с двумя наклонными ветвями (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Схема к расчету усилий в стропе с двумя наклонными ветвями:

С – центр тяжести груза; О – точка подвеса груза к крюку; А и В – тоски закрепления стропа

Составим уравнения равновесия сил:

(2.6)

Решая совместно эти уравнения, получим

аналогично

(2.7)

Таким образом, усилие в короткой ветви больше, чем в длинной. Если a₁= a₂ = a, то выражения (2.7) приводятся к виду

(2.8)

Так как с увеличением косинус угла уменьшается, то отсюда следует, что с увеличением угла наклона ветвей к вертикали усилия в ветвях возрастают.

Горизонтальные усилия, действующие на конструкцию

,

подставляя S₁ или S₂ из (2.7), получим

(2.9)

При a₁= a₂ = a, это выражение примет вид

(2.10)

Следовательно, и горизонтальное сжимающее усилие при разве­дении ветвей стропа увеличивается.

Это обстоятельство необходимо учитывать при выборе схем крепления стропов.

При подъеме крупногабаритных в плане конструкции (насосы, компрессоры и др.) применяют четырехветвевые стропы.

Усилие в любой из четырех ветвей определяют из выражения

(2.11)

где 1, 35 — коэффициент, учитывает неравномерность нагрузки от­дельных ветвей стропа.

Определив усилия в ветвях стропа, находят разрывное усилие по уравнению (2.2) R=К₃S и подбирают соответствующий канат.