Грузоподъемные и такелажные приспособления

Монтажные мачты (рис. 15.9) в комплексе с подъемным полиспастом, лебедкой, расчалками (вантами), якорями и отвод­ными блоками применяют при монтаже отдельных видов ПТМ тогда, когда краны отсутствуют или не подходят по грузовысотным характеристикам, при производите работ в стесненных ус­ловиях, препятствующих доступу монтажных кранов, или когда их использование экономически невыгодно.

Рисунок 15.9. Конструкции, схемы установки и нагружения монтажных мачт:

а — трубчатая мачта; б — решетчатая мачта; в — схема установки; г — центральное нагружение; д — консольное нагружение; е — наклонное нагружение; 1 — шарнир; 2 — отводной блок; 3 — поднимаемый груз; 4 — оттяжка для груза; 5 — грузовой полиспаст; 6 — паук; 7 — мачта; 8 — ванта; 9 — якоря

Монтажная мачта представляет собой стержень, устанавли­ваемый вертикально или наклонно (под углом α = 10...12° к вер­тикали) и удерживаемый в таком положении вантами. Одним концом ванта крепится к верху (оголовку) мачты, а вторым — к якорю.

Число расчалок, располагаемых под одинаковым углом одна к другой, должно быть не менее трех (обычно четыре), а угол их наклона к горизонту — не более 45°. Расчалки предварительно натягивают усилием 10—20 кН с помощью рычажных лебедок или винтовых стяжек (см. рис. 15.2). Для того чтобы поднимаемый груз не касался мачты, полиспаст крепят к выносной консоли в ее оголовке и оттягивают груз канатной оттяжкой.

Трубчатые мачты высотой 20—125 м изготовляют из бесшовных горячедеформированных стальных труб диаметром до 820 мм (ГОСТ8732—78) [28, прил.VI]. Мачты высотой до 60 м и грузо­подъемностью до 200 т изготовляют решетчатыми. Для удобства транспортирования их выполняют многосекционными с фланце­выми стыками на болтах. Изменением числа секций можно полу­чить мачту требуемой высоты. Расчалки крепят к оголовку мачты наглухо или через «паук» — приспособление, позволяющее пово­рачивать мачту относительно вертикальной оси без переноса рас­чалок. Высокие мачты грузоподъемностью более 20 т обычно имеют шарнирные опоры, позволяющие наклонять мачту при работе, что облегчает ее монтаж и обеспечивает центральную передачу нагрузки на основание. Низ мачты расчаливают для предотвра­щения сдвига от усилия в ветви каната, идущей на лебедку, и от горизонтальной составляющей усилия при наклоне.

Высокие и тяжелые мачты собирают и оснащают на земле (запасовывают подъемный полиспаст и крепят ванты к оголовку). Передвигают их на салазках по рельсовому пути. Передвижка — трудоемкая операция. Поэтому выбор места установки мачт дол­жен обеспечивать минимальное число передвижек.

Высота мачты зависит от конкретных условий ее использова­ния. Так, при подъеме оборудования на высоту (высота крано­вых путей, фундамента, постамента и др., рис. 15.10, а) минималь­ная высота мачты

H = h_ф + h₃ + h₀ + h_c + h_п + h_ог, (15.12)

где h_з — запас высоты;

h₀ — высота конструкции (высота места строповки над крановыми путями, фундаментом, постаментом);

h_c — высота стропа;

h_п — высота полиспаста в стянутом виде;

А_ог — высота оголовка мачты.

Рисунок 15.10. Схемы к расчету высоты мачты [7]

При наклонном положении мачты (рис. 15.10, б)

(15.13)

При использовании мачты для подъема вертикальной кон­струкции методом поворота относительно шарнира (рис. 15.10, в)

Н = h_ф + h₀ + h_oг.(15.14)

Расчет мачт сводится к определению напряжений в их элемен­тах от сжатия и изгиба:

где N — сумма продольных усилий в мачте;

F — площадь попе­речного сечения мачты;

φ — коэффициент продольного изгиба, зависящий от гибкости λ рассчитываемого элемента мачты;

М_в — изгибающий момент от эксцентриситета груза (от внецентренного крепления полиспаста);

W — момент сопротивления сечения из­гибу;

М_т — изгибающий момент от собственной массы мачты;

[R] — допустимое расчетное сопротивление.

Значение N зависит от конкретной схемы нагружения мачты. Так, при схемах по рис. 15.11, а—г суммарное продольное усилие определяют соответственно по формулам:

где K_п, K_д — коэффициенты соответственно перегрузки и дина­мичности, К_п = К_д = 1,1;

G₀, G_г.п, G_м — вес соответственно поднимаемой конструкции, грузового полиспаста и мачты, G_M = = G_T (G_T — вес 1 м мачты);

S_н — усилие натяжения ветви ка­ната, идущей на лебедку;

S_н.в — продольное сжимающее усилие от нерабочих расчалок, S_н.в= пР_н.вsin (α — δ) (п — число не­рабочих расчалок; Р_н.в — усилие первоначального натяжения расчалок по [7, прил. XIX]);

S_p._в— продольное сжимающее усилие от рабочей (задней) расчалки; при схеме нагружения по рис. 59, б S_p._в = Р_р.вsin α, где P_р.в = Ре/а + Р_н.в [здесь Р =К_цК_д(G₀ + G_г.п) + S_п].

Изгибающий момент при схеме по рис. 15.11, б

(15.22)

При расчете мачт расчетное сопротивление [R] рекомендуется принимать по [7, прил. XIII], коэффициент φ продольного из­гиба— по [7, прил. XV], сортамент труб — по [28, прил. V]. Трубу выбирают по площади (см²) ее поперечного сечения

(15.23)

где φ₀ = 0,23...0,26 (для λ = 170...180);

т = 0,9 — коэффициент условий работы [7, прил. XIV].

Выбранную трубу проверяют по предельной гибкости по усло­вию

λ = Н/г^т< [λ] = 180. (15.24)

Шевры (рис. 15.12). Расчалки мачт загромождают монтажную площадку, требуют дополнительных работ по устройству яко­рей. Поэтому по мере возможности мачты заменяют стационар­ными и передвижными шеврами. Шевром называют А-образную раму, основание которой закрепляют шарнирно, а вершину удер­живают канатной тягой или полиспастом. Обычно шевры осна- шаютдвумя полиспастами:грузовым и поворотным. Последний изменяет наклон шевра и устанавливает груз в нужном положе­нии в горизонтальном направлении. При высоте более 9 м шевры выполняют из отдельных секций, что облегчает их транспортиро­вание. Достоинства шевров по сравнению с мачтами — меньшее число расчалок и якорей, более простое перемещение; недостаток по сравнению с мачтами — более сложная конструкция. Высоту шевров рассчитывают так же, как и высоту мачт. Стойки шевра рассчитывают на прочность как одиночные мачты. Примеры рас­чета монтажных шевров приведены в [7].

Рисунок 15.12. Шевр:

1 – грузовой полиспаст; 2 – шевр; 3 – обводной блок; 4 – обегающая ветвь грузового полиспаста, идущая на лебедку

Переносные монтажные стрелы (рис. 15.13, а) применяют тогда, когда невозможно или нецелесообразно использовать монтажные краны,а строительные конструкции позволяют крепление к ним нижнего (опорного) и верхнего элементов стрелы. Переносную стрелу 1 с двойным нижним шарниром 2 можно поворачивать как в вертикальной плоскости, изменяя вылет полиспастом 3, так и в горизонтальной (на угол до 180°) — с помощью каната, при­крепленного к ее верхнему элементу. Подъем груза осуществляют отдельной лебедкой. Переносные монтажные стрелы изготовляют решетчатыми и трубчатыми длиной 10—25 м. Их применяют для монтажа оборудования массой 3—10 т.

Рисунок 15.13. Переносная монтажная стрелаи мачтовые краны

Мачтовыекраны жестконогие (рис. 15.13, б) и вантовые (рис. 15.13, в) применяют при монтаже в условиях повышенной стес­ненности для подъема легких грузов (до 5 т) при креплении стрелы вблизи оголовка мачты 5 и тяжелых (до 40 т) — при ее креплении у основания мачты. Мачта вантового крана (рис. 15.13, в) снабжена шарнирными опорами. Нижняя опора вы­полнена в виде шарового шарнира6 или она снабжена упорным и радиальным подшипниками качения. Верхней ее опорой яв­ляется «паук» 4, удерживаемый расчалками 7. При повороте крана «паук» остается неподвижным, а вращается мачта с осью, преходящей внутри «паука».

Порталы — портальные подъемники (рис. 15.14) — П-образные рамы из двух мачт, соединенных жестко или шарнирно переклади­ной (ригелем) с подвешенными грузовыми полиспастами, при­меняют при подъеме крупногабаритных тяжелых конструкций на большую высоту.

Шарнирные опоры портала позволяют наклонять его. Портал удерживается расчалками (по три на каждую мачту), снабжен­ными полиспастами. Расчалки, идущие от плоскости портала, позволяют осуществлять его наклон. Горизонтальные шарниры ригеля обеспечивают при этом постоянство его положения. Опоры портала во избежание сдвига раскрепляют тягами или устанавли­вают на специальные фундаменты.

Рисунок 15.14. Схема установки портального подъемника:

1 — мачта; 2 — ригель (перекладина); 3 — грузовой полиспаст; 4 — шарнирная опора мачты; 5 — ванта (расчалка); 6 — винтовая лебедка (лебедка расчалки) с якорем; 7 — подъемная лебедка с якорем; 8 — отводной блок; 9 — схема наклонного положения портала; 10 — тяга опоры портала

Нагрузка на мачту портала при шарнирном креплении ригеля передается по оси, благодаря чему ее несущая способность выше, чем несущая способность одиночной мачты с внецентренным креп­лением грузового полиспаста.

При монтаже ПТМ используют портальные подъемники грузо­подъемностью до 200 т при высоте 65 м и пролете 30 м с накло­ном на 15⁰ о обе стороны. В отдельных случаях применяют подъемники грузоподъемностью до 1200 т при высоте до 60 м.

Расчет мачт портальных подъемников аналогичен рассмотрен­ному расчету одиночных мачт. Их ригели рассчитывают на проч­ность по максимальному изгибающему моменту. Примеры расчетов даны в работе [7].

Ленточные и гидравлические подъемники. Ленточный подъем­ник (рис. 15.15, а) представляет собой портал из двух вертикальных мачт, связанных вверху поддомкратной балкой. На нее уста­навливают домкраты, а над ними — наддомкратную балку, свя­занную в процессе подъема с лентами. Ленты, выполненные из отдельных звеньев, соединенных стыками, снабжены отверстиями для закладных валов. Шаг отверстий равен ходу домкрата.

Ленты пропускают на всю высоту портала. Поднимаемую конструкцию устанавливают на подъемную балку, прикрепленную к нижним концам лент. Один цикл подъема на высоту, равную ходу домкрата, включает следующие позиции: в позиции I (исходной) шток домкрата опущен, отверстия в лентах и наддомкратной балке совмещены и в них вставлены соединительные валы (ленты соединены с наддомкратной балкой); в позиции II шток выдвинут, наддомкратиая балка вместе с лентами и висящим на них грузом подняты; в положении III ленты соединены с обе­ими верхними балками; в положенииIV ленты соединены только с наддомкратной балкой; в положенииV ленты соединены с обе­ими балками, но шток домкрата опущен. Следующая позиция аналогична позиции I — исходной. Повторением необходимого числа циклов обеспечивают подъем монтируемой конструкции на нужную высоту. Верхние секции лент по мере подъема отстыковы­вают и удаляют.

Принцип циклической шаговой работы положен и в основу гидравлических подъемников. Такой подъемник (рис. 15.15, б) со­стоит из двух стоек 10 коробчатого сечения. По каждой из них шагообразно перемещаются каретки 11 и 12, связанные между собой ги дроци л и ндром 13. Нижние каретки 12 связаны между собой подъемной балкой 14, на которую опирается поднимаемая конструкция 15.

Анкерные устройства. Расчалки мотажных мачт, шевров, портальных и ленточных подъемников, мачтовых кранов, а также лебедки, тали, блоки, полиспасты и другие грузоподъемные меха­низмы при выполнении такелажных работ должны быть надежно закреплены (рис. 15.16). Для этого используют элементы строитель­ных сооружений -— колонны, стены, фундаменты под оборудова ние и прочие тяжелые элементы строительных конструкций и машины (краны, тракторы и др.), способные воспринять гори­зонтальные и вертикальные нагрузки. Возможность их примене­ния в каждом случае должна быть обоснована расчетом.

Однако чаще всего для этого используют специальные анкер­ные устройства — якоря (рис. 15.17). Они бывают постоянные и вре­менные. Постоянные якоря являются неотъемлемой частью самого сооружения (например, якоря неподвижных башен башенных кранов). Временные монтажные якоря могут быть выполнены земляными (закладными, заглубленными) и наземными. Земляные якоря бывают свайные и горизонтальные. Деревянный односвайный якорь из бревна диаметром 18—30 см, забитого на глубину 1,5 м, воспринимает усилие 10—20 кН, двух- и трехсвайные — усилие 30—100 кН. Их недостаток — высокая трудоемкость забивания свай и сравнительно небольшое усилие, выдерживаемое якорем. Горизонтальные деревянные якоря воспринимают боль­шие усилия: до 30 кН при одном бревне диаметром 20 см, длиной 1,5 м, заглубленном на 1,5 м, и до 100 кН — при трех бревнах. Для усилий 200—1300 кН применяют бетонные и металлические (из забетонированных решетчатых стальных конструкций) якоря. Их недостаток — большой объем земляных работ, значительный безвозвратный расход материалов, остающихся в земле, и большие затраты ручного труда, так как применение землеройных машин часто ограничивают условия монтажной площадки и наличие подземных коммуникаций.

Рисунок 15.16. Схемы закрепления лебедок:

а — эа якорь; б — за колонну; в — за стену; е — за ригель; 1 — лебедка; 2 — якорь; 3 — колонна; 4 — стена; 5 — ригель

Этих недостатков не имеют винтовые стержневые и комбини­рованные (с кольцевым элементом) якоря. При диаметре лопасти 0,5 м и установке в песчаных грунтах несущая способность стержневого якоря достигает 140 кН, комбинированного — 200 кН. В суглинках она снижается до 65%, а в глинистых грунтах — до 56%. Их недостаток — слож­ность ввертывания.

Наземный якорь представ­ляет собой металлическую раму о инвентарными железобетонными блоками, укладываемыми кра- иом. Под действием их веса полки горизонтальных швеллеров вдавливаются в грунт и обеспечивают хорошее сцепление с ним якоря. Для увеличения сцепления наземные якоря делают с ши­пами и полузаглубленными. Их можно устанавливать на любой грунт, кроме свеженасыпанного, неуплотненного, а в зимнее время — только на предварительно оттаянный грунт.

Наземные якоря обычной конструкции используют на усилия до 500 кН, полузаглубленные — на усилия до 1000—2000 кН. Якорь на усилие 2000 кН выполнен в виде полузаглубленной емкости, заполненной водой и пригруженной сверху железо­бетонными блоками.

Расчет наземных якорей, наиболее часто применяемых при монтаже, сводится к определению массы железобетонных грузов (т), обеспечивающих устойчивость якоря от сдвига (рис. 66),

(15.25)

где N₁, N₂ — горизонтальная и вертикальная составляющие усилия N в тяге, кН, при угле α наклона тяги к горизонту N₁ = Ncosα, N₂ = Nsinα;

f — коэффициент трения скольжения металлической рамы якоря по основанию, для песка сухого утрам­бованного f = 0,78…0,84, для чернозема плотного сырого f = 0,90…0,96, для бетона f = 0,45;

К_у._с — коэффициент запаса устойчивости от сдвига, К_у._с = 1,5.

Рисунок 15.18. Схема к расчету инвентарного наземного якоря [7]

По значению т₀ определяют количество бетонных блоков п = т₀/т_б (где т_б – масса одного блока, т) и проверяют якорь на устойчивость против опрокидывания, которая обеспечивается при

(15.26)

где a, b – плечи опрокидывающего и удерживающего моментов, b определяют по работе [7, прил. VIII];

K_у.о = 1,4 – коэффициент запаса устойчивости от опрокидывания.

Характеристики инвентарных изменений якорей даны в работе [7, прил. VIII], там же приведены методы и примеры расчета полузаглубленных и заглубленных якорей различных типов.

¹Расчалка (ванта) — канатная конструкция для удержания такелажных средств в рабочем положении; оттяжка — для обеспечения заданной траектории груза; тяга — для фиксации взаимного положения элементов такелажного средства.

^[2]Под витком понимают канат витого стропа или ветвь полотенчатого стропа, состоящего из параллельно уложенных витков каната.