Проблема скручивания полиспаста – пример решения

В практике эксплуатации грузоподъемных кранов бывают случаи скручивания (схлестывания) ветвей полиспаста, что делает невозможным работу механизма. Это происходит потому, что крутящие моменты в ветвях каната суммируются и разворачивают крюковую обойму на критический угол 90˚ и более. Вероятность этого тем больше, чем больше длина полиспаста L и чем меньше поперечные размеры полиспаста S (расстояние между ветвями каната). Ясно, что это явление зависит и от конструкции каната, т. е. от коэффициента крутящего момента m.

Во избежание схлестывания полиспаста следует соблюдать следующие ограничения по его длине [1]:

• для 2- и 4-кратных полиспастов: L < S²/(4000*m*d); (1)
• для 3-кратных полиспастов: L < S²/(6000*m*d). (2)

Здесь размерности L = [м], S = [мм] и d = [мм].

Заметим, что скручивание полиспаста можно устранять путем увеличения расстояния S между ветвями. Для этого конструктору нужно выполнить условия для заданной длины L:

• для 2- и 4-кратных полиспастов: S > √(4000*m*d*L);
• для 3-кратного полиспаста: S > √(6000*m*d*L).

Значения коэффициентов крутящего момента, следующие [2]:

Приведем примеры расчета допустимой длины 2-кратного полиспаста с канатом 20 мм и расстоянием S = 430 мм, что соответствует D/d = 21,5:

1. Для каната 6х36+о.с. по ГОСТ 7668: L=430² / (4000*0,081*20) =28,5 м.
2. Для мало крутящегося каната 18х7 по ГОСТ 3088: L= 430² / (4000*0,067*20) =34,4 м.
3. Для некрутящегося каната 35х7 по DIN 3071: L=430² / (4000*0,008*20) =288,9 м.

Таким образом, проблему закручивания полиспаста можно решать двумя путями:

• увеличением расстояния S (расстояние между ветвями каната), т. е. увеличением диаметров блоков, или применением полиспастов со сдвоенными блоками;
• применением некрутящихся канатов, что далеко не всегда оправдывает себя ввиду дефицитности данных канатов, высокой их стоимости и капризности их в процессе эксплуатации из-за конструктивных особенностей данного типа канатов.

Примером приведенных выше условий является реконструкция канатно-блочной системы сваевдавливающей установки. При эксплуатации этой установки постоянно происходило скручивание полиспаста, что очень затрудняло работу установки.

Обследование 4-кратного полиспаста дало такие результаты: диаметр блоков по оси каната D = S = 180 мм, канат 6x19+o.c., d=14 мм, отношение D/d = 12,85.

Высота подъема крюковой обоймы (длина полиспаста) L = 20 м. Кроме того, угол раскрытия канавок блоков равен нулю, т. e. канавки имеют параллельные реборды (рис. 1), тогда как по ISO 4308 или ГОСТ 25468 этот угол должен быть (40÷50)˚. Конец каната вверху закреплен за ось блоков оголовка стрелы при помощи канатных жимков, что допускается только для временного закрепления. Закрепление каната за ось блоков приводит к уменьшению размера S и способствует закручиванию полиспаста. В целом полиспаст спроектирован безграмотно. Параметры этого полиспаста дают по (1) допустимую длину L ≤ 7,1 м. Ясно, что такой полиспаст изначально был неработоспособен.

На рис. 2 показана канатно-блочная система установки после реконструкции. В ходе реконструкции полиспаста была произведена замена блоков 1 оголовка стрелы на блоки диаметром по оси каната D = S = 336 мм (D/d = 24). Для замены блоков на больший размер пришлось сделать вырез окна 2 с фронтальной стороны оголовка стрелы и приварку коробки 3 для компенсации потери прочности при вырезе окна. Крепление конца каната отнесено от оси блоков и выполнено с помощью клинового коуша 4. Также были заменены блоки 5 крюковой подвески и щеки 6 на более тяжелые. Увеличение расстояния между ветвями дает новую допустимую длину L ≤ 24,9 м, что удовлетворяет условию (1).

После реконструкции полиспаста установка работает нормально.