Основы инженерного выбора средств монтажа

К технологическим средствам монтажного производства относятся грузоподъемные машины и механизмы, такелажные средства и оснастка, инструмент для слесарно-сборочных работ, средства измерений и средства испытаний. Выбор конкретных видов и типоразмеров средств зависит от конкретных монтриуемых изделий и условий монтажа, но в любом случае этот выбор должен быть обоснован или на основе имеющегося опыта или расчетами. С этой целью рассмотрим методику некоторых инженерных расчетов.

При выборе грузоподъемных машин, механизмов, устройств выполняют проверочные расчеты мачт, шевров, стрел. В результате их расчета проверяется соответствие действительных значений напряжений в сечении и гибкости допустимым значениям. Рассмотрим это на примере расчета стрелы ( рис. 1.2).

Стрелы, как правило, устанавливаются на строительных конструкциях здания при отсутствии или невозможности использования грузоподъемных кранов. Они изготавливаются из бесшовных стальных труб. Стрела позволяет охватить сектор прилегающей зоны монтажа в горизонтальной плоскости около 180⁰, а в веритикальной плоскости - в пределах угла наклона стрелы к горизонту a= 30-80⁰. В начале расчета стрелы задаются ее размерами, схемой действия усилий (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Расчетная схема монтажной стрелы

Усилие Р на завязку верхнего блока грузового полиспаста без учета натяжения сбегающего конца каната, Н:

Р = 9,8 (Q+q) k, (1.14)

где Q - масса поднимаемого груза, кг; q - масса оснастки, кг; k - коэффициент динамичности, принимаемый равным 1,1.

Усилие на полиспаст наклона стрелы, Н:

Т = , (1.15)

где G - масса стрелы, кг; - длина стрелы, м; - угол наклона стрелы к горизонту; a- плечо от точки прикрепления полиспаста до оси стрелы, м; n- число ниток грузового полиспаста; h - КПД грузового полиспаста, зависящее от количества блоков в нем (при n=1 h=0,96); g - угол между направлением усилия Т и горизонталью, причем:

g = arctg .

Полное усилие вдоль оси стрелы, Н:

S = . (1.16)

Изгибающий момент М, приведенный к среднему сечению стрелы, Нм:

. (1.17)

В итоге условие прочности стрелы в ее среднем сечении определяется выражением:

, (1.18)

где F - площадь поперечного сечения трубы, м²; W - момент сопротивления (сечения) трубы, м³; j - коэффициент уменьшения допускаемого напряжения, принимаемый равным 0,25: [s] - допускаемое напряжение в сечении стрелы, принимаемое равным для стальной трубы [s] = 160 Мпа.

В процессе работы стрелы, ее гибкость (l) не должна превышать допустимого значения, что проверяется условием:

l = /i < [l], (1.19)

где i - радиус инерции сечения трубы стрелы, м; [l]=180 - допускаемая гибкость стрелы.

Условие (1.19) проверяется для обоих крайних положений стрелы, т.е. при a = 30⁰ и a = 80⁰.

В процессе организации монтажных работ часто решаются задачи выбора полиспаста и определения усилий, необходимых на оттяжку груза. В связи с этим рассмотрим методику одновременного решения этих задач (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Расчетная схема усилий на полиспаст и оттяжку

При известном весе Q груза, а также направлениях действия составляющих вектора веса S и Р, последние определяются по выражениям:

S=

(1.20)

P= ,

где a , b - углы между вертикалью, и, соответственно, направлением усилия на крюке полистпаста и направлением усилия в канате оттяжки.

По расчетным значениям S и Р, с учетом коэффициентов запаса, числа ниток полиспаста и др., выбирают тип полиспаста и канаты для его оснащения, закрепления и оттяжки.

В процессе монтажа для крепления расчалок, лебедок, полиспастов используются строительные конструкции зданий, сооружений, а при невозможности их использования, также наземные или заглубленные якори. В последнем случае производится расчет якорей.

Для определения массы наземного якоря (рис.1.4) используют следующее условие:

Q = , (1.21)

где Q - масса наземного якоря, кг; S - усилие, прикладываемое к якорю, Н; g - ускорение свободного падения, м^.с^-2; k - коэффициент запаса прочности сдвигу якоря (k = 1,5); ¦ -коэффициент трения подошвы якоря о грунт (¦ = 0,15-0,7); a- угол наклона тяги якоря к горизонту.

Рис. 1.4. Схема сил, действующих на наземный якорь

Зная массу якоря и задаваясь видом материала для его изготовления, определяют его необходимые размеры. Наземный якорь проверяют на опрокидывание по условию:

Q × a × g = k × × S, Н×м, (1.22)

где a - расстояние от центра тяжести якоря до точки опрокидывания, м; - расстояние от места приложения усилия до точки опрокидывания, м; k - коэффициент устойчивости, k= 1,4.

Конструкция и размеры заглубленного якоря должны отвечать следующим условиям (рис. 1.5):

Q+T ³ kN₂ ³ kSsina;

(1.23)

Scosa = N₁ £ nd hs ,

где Q - вес грунта, воспринимаемый закладными элементами (бревнами, трубами) якоря, Н; Т - сила трения закладных элементов оборудования о стенку котлована, Н; N₁ - горизонтальная составляющая усилия S в тяже якоря, Н; N₂ - вертикальная составляющая усилия S, Н; n- количество закладных элементов, соприкасающихся со стенкой котлована; d - диаметр закладных элементов, м; - длина закладных элементов, м; s - допускаемое давление на грунт, Н._м^-2 (табл.1.6); k - коэффициент запаса, k ³ 3; h - коэффициент уменьшения допускаемого давления на грунт вследствие неравномерного смятия, h = 0,75-0,8.

Рис. 1.5. Схема сил, действующих на заглубленный якорь

Таблица 1.6.

Допускаемое давление на грунт на глубине 2 м.

При этом Q и Т определяются по выражениям:

Q = ;

(1.24)

Т = ¦N₁,

где r - плотность утрамбованного грунта (примерно r = 1600 кг/м³); , - размеры котлована в плане на поверхности, м; Н - глубина заложения якоря, м; ¦ - коэффициент трения ( ¦ = 0,4-0,5).

Зная усилие S, условия и возможности заложения якоря, задаваясь конструктивными его параметрами по условиям (1.23) и (1.24), производят окончательный расчет якоря.

Грузовые монтажные краны выбираются в зависимости от веса поднимаемого груза и расстояния от опорной части стрелы крана до места установки груза в момент монтажа. При этом, при выборе крана в зависимости от указанных условий, руководствуются грузовыми характеристиками кранов. На рис. 1.6. в качестве примера даны грузовые характеристики автомобильного крана на шасси автомобиля ЗИЛ.

Особое значение при монтаже оборудования уделяется выбору стропов и канатов. При этом основным критерием выбора является соответствие воспринимаемого ими усилия разрывному усилию, что с учетом коэффициента запаса прочности устанавливается по условию:

³ k , (1.25)

где P - разрывное усилие каната или ветви стропа для конкретного их типа и диаметра [2]; S - усилие, воспринимаемое канатом или ветвью стропа; k - коэффициент запаса прочности ( k ³ 6).

Рис. 1.6. Грузовые характеристики крана КС-2561-Д: _________ - на выносных опорах; _ _ _ _ _ _ - без выносных опор; ___.___.__ - высота подъема крюка; 1 - при стреле 8 м; 2 - при стреле 12 м