Домкраты

Домкраты применяют для подъема или горизонтального переме­щения тяжеловесного оборудования. Высота подъема достигает 500 мм, грузоподъемность 300 т. Наиболее часто домкраты исполь­зуют при выверке монтируемого оборудования и конструкций. Дом­краты могут иметь ручной, электрический, гидравлический или пнев­матический привод. Механизмы с электрическим и гидравлическим приводами имеют сравнительно малые мощности и габариты.

Рис. 2.11. Домкраты:

а — винтовой, б — реечный, в — гидравлический

Реечные домкраты имеют грузоподъемность до 10 т. Груз при подъеме опирается на головку рейки или боковую нижнюю лапу. В последнем случае груз можно приподнимать непосредственно с опо­рой поверхности. Безопасность при работе с реечным домкратом обеспечивается храповым механизмом, который связан с рукояткой. Поэтому при подъеме груза собачка должна находиться на храпо­вом колесе. Реечные домкраты используют при грубой выверке оборудования и при несложных монтажных работах, т. к. они не обеспечивают плавного и небольшого перемещения поднимаемого груза и имеют недостаточно надежное стопорное устройство.

Винтовые домкраты изготовляют грузоподъемностью до 20 т. При одинаковой грузоподъемности с реечными винтовые домкраты имеют в 1, 5 – 2 раза меньшую массу. Винтовые домкраты обладают свойством самоторможения. Их используют для подъема и установ­ки тяжеловесного оборудования. Точность регулировки груза по высоте при помощи винтовых домкратов 0, 3 – 0, 5 мм. Недостатком винтовых домкратов является то, что головка расположена вверху, в связи с чем необходимо иметь соответствующий запас высоты, чтобы завести домкрат под груз.

Вес поднимаемого груза и необходимое усилие на рукояти домкра­та связаны между собой следующим образом. Приравняв работу, со­вершаемую рабочим за один оборот рукояти домкрата, к работе, кото­рая затрачивается на подъем груза, получим для винтового домкрата

(2.48)

где Q — усилие, прилагаемое рабочим;

R — длина рукояти (радиус);

G_Г — вес поднимаемого груза или преодолеваемое сопротивление;

S — перемещение груза на один оборот рукояти (соответствует шагу винта домкрата);

— к.п.д. устройства.

Из (2.48) имеем необходимое усилие

(2.49)

Для реечного домкрата необходимое усилие определяется той же зависимостью, что и для винтового домкрата, но перемещение S за один оборот рукояти зависит от передаточного числа i между шестерней, закрепленной на оси рукояти домкрата, и зубчатым ко­лесом, приводящим в движение рейку домкрата, и диаметра дели­тельной окружности этого зубчатого колеса, т. е.

(2.50)

(2.51)

i — передаточное отношение;

d_Д — диаметр делительной окружности;

m — модуль зуба;

z — число зубьев.

Следовательно, для реечного домкрата

(2.52)

Гидравлические домкраты применяют для подъема или горизон­тального перемещения очень тяжелого оборудования (массой до 2000 т и более). Грузоподъемность гидравлических домкратов дохо­дит до 300 т. В качестве рабочей жидкости в гидравлических дом­кратах используют масло (в основном), воду и др. В гидравличес­ком домкрате жидкость подается ручным насосом (диаметр штока d_ш) в основной цилиндр (диаметр поршня D).

Грузоподъемность домкрата

(2.53)

где Р — давление масла в цилиндре, равное давлению масла, создаваемому ручным насосом;

F_Ц — площадь сечения основного цилиндра.

Усилие, прилагаемое рабочим на конце рукояти, диаметр штока и давление связаны зависимостью

(2.54)

где l — длина рукояти до оси закрепления;

r — расстояние от оси до штока.

Разделив уравнение (2.54) на (2.53) и учитывая к.п.д. домкрата, получим усилие, необходимое для перемещения груза весом G_Г

(2.55)

— к. п. д. домкрата ( = 0, 7).

При работе с гидравлическим домкратом во избежание резкого оседания груза в случае прорыва манжеты или порчи клапана под борты поршня по мере его подъема необходимо подкладывать полу­кольца из квадратной стали.

Если надо поднять груз на большую высоту, чем ход домкрата, поступают следующим образом. Подняв груз на высоту одного хода, подводят под него надежные подкладки. Затем домкрат опус­кают в нижнее положение и с помощью подкладок доводят до со­прикосновения с грузом. После этого цикл подъема повторяют. Этот же принцип использован в ленточных гидравлических подъем­никах и др.

При использовании домкратов необходимо опорную поверхность рассчитывать на полную грузоподъемность.

К гидравлическим относятся также беспоршневые домкраты. Принцип действия их заключается в том, что замкнутый объем, который может деформироваться, наполняют маслом под высоким давлением. Под действием этого давления стенки домкрата переме­щаются; величина перемещения — это ход домкрата. В таких дом­кратах перемещение достигает 20 мм. Они могут развивать усилие до 200 т.

Кроме вышеперечисленных общеупотребительных домкратов на монтажных работах применяют узкоспециализированные домкраты. Винтовой распорный домкрат служит для правки металла, а также для перемещения грузов на небольшие расстояния (до 150 мм). Малогабаритные винтовые домкраты находят применение для выверки оборудования в процессе монтажа. Их выпускают гру­зоподъемностью 3 и 5 т.

Для выверки технологического оборудования широко использу­ют клиновые домкраты. Эти домкраты работают следующим обра­зом. С помощью винта перемещают клин, расположенный в нижней части корпуса домкрата. На наклонной поверхности клина установ­лена плита, нижняя плоскость которой также имеет наклонную по­верхность. При движении по клину плита перемещается в верти­кальном направлении, для чего она установлена в корпусе в вертикальных пазах. Максимальная высота подъема груза у этих домкратов 10 — 15 мм, что вполне достаточно для выверки оборудо­вания. Их масса при грузоподъемности 5 и 10 т равна соответствен­но 5, 5 и 13, 5 кг.

Якоря

Якорями называются неподвижные сооружения, способные вос­принимать горизонтальные и вертикальные усилия. Якоря служат для закрепления лебедок, полиспастов, расчалок и вант.

С увеличением грузоподъемности такелажных средств возраста­ют нагрузки на якоря, что требует значительных затрат труда и ма­териалов на и их устройство. В связи с этим совершенствованию кон­струкций монтажных якорей уделяется большое внимание.

Различают постоянные и временные якоря. Постоянные якоря применяются, например, для крепления вант высоких мачт линий электропередач и являются составной частью сооружения. Времен­ные якоря используют только в процессе выполнения тех или иных работ. Закреплять их можно за существующие сооружения, только при этом необходимо проверить прочность и устойчивость элемен­тов конструкций сооружений.

Основной; характеристикой якорей является их несущая способ­ность, т. е. нагрузка, которую они могут выдержать.

При монтажных работах применяют якоря различных типов: свайные, винтовые, закладные (заглубленные, земляные), инвен­тарные: наземные и полузаглубленные.

Свайный якорь (рис. 2.12, а) представляет собой сваю 1, забивае­мую в грунт. Для увеличения устойчивости к свае может прикреп­ляться поперечина 2. Свайные якоря обычно выполняют из бревен и применяются для нагрузок, не превышающих 30 кН, диаметр их d_c = 180 - 260 мм, заглубление сваи b 1500 мм, а 300 мм, с 400 мм. Кроме одиночных свай в качестве якоря в отдельных случаях могут быть использованы двойные и тройные сваи.

В зависимости от направления действующей на сваю силы ее за­бивают вертикально или под углом. Забивка деревянных свай очень трудоемка, и поэтому эти сваи применяют, если не подходит другой тип якоря. Используют также якоря из металлических балок (швеллера и двутавра). Металлические балки проще всего погружать в грунт вибрационными молотами.

Так как свая работает как консольная балка, то ее прочность оп­ределяется диаметром d_c и размером а. Устойчивость зависит от глубины погружения b.

Винтовой якорь (рис. 2.12, 6) состоит из металлического стержня 3, к концу которого приварена спираль 4. Нижний конец стержня заострен, на верхней части имеется бобышка 5, за которую крепит­ся канат и спомощью которой стержень ввинчивается в грунт. Вин­товые якоря могут применяться для нагрузок до 100 кН. Недостат­ком этих якорей является то, что для их завинчивания требуется значительными крутящий момент и большое осевое усилие.

Свайные и винтовые якоря имеют ограниченную область приме­нения в монтажной практике, так как вследствие сравнительно не­большого расчетного усилия вместо них в большинстве случаев можно использовать фундаменты,

Рис. 2.12. Якоря:

а — свайный, б — винтовой

Закладные (заглубленные, земляные) якоря характеризуются значительным заглублением основной конструкции якоря в грунт. Горизонтальная и вертикальная составляющие нагрузки на якорь компенсируются сопротивлением грунта и массой грунта и якоря.

Заглубленный якорь имеет закладную часть, выполненную из одного или пакета бревен или труб, а при нагрузках 300—500 кН — из забетонированных решетчатых стальных конструкций. Чтобы увеличить сопротивление якоря вырыванию, вертикальную стенку котлована укрепляют щитом из бревен, досок или наклонных труб небольшого диаметра, а также заливают часть траншеи поверх якоря бетоном или закрывают якорь перед засыпкой грунтом гори­зонтальным щитом.

На закладную часть якоря нагрузка передается через петлю ка­ната или через специальные тяги (тяжи) из швеллеров, выведен­ных на поверхность. Заглубленную часть тяг обильно смазывают густой смазкой. При засыпке котлована грунт трамбуют слоями толщиной 250—300 мм. Часто вместо грунта якорь засыпают щеб­нем или гравием.

Закладные якоря разделяются на облегченные для нагрузок до 200 кН и усиленные для нагрузок выше 200 кН.

Устройство закладных якорей, способных воспринимать большие усилия, связано со значительным объемом земляных работ и поте­рей материалов, идущих на изготовление якорей, так как их остав­ляют обычно в земле и в дальнейшем не используют.

Расчет закладного якоря. При расчете якоря необходимо опре­делить геометрические размеры его и траншеи, массу якоря и грунта, которые гарантируют якорь от вырывания и сдвига в го­ризонтальном направлении под влиянием действующих на него нагрузок.

Схема для расчета приведена на рис. 2.13.

По известному усилию в тянущем канате S и углу определяем горизонтальную S₂ и вертикальную S₁ составляющие:

,

. (2.56)

Силы, нормальные к поверхности стенок траншеи, вызовут появ­ление сил трения Т₁ и Т₂, величины которых определяются из соотношений

,

, (2.57)

где — коэффициент трения якоря о грунт ( = 0, 3 - 0, 4);

G_ГР — сила веса грунта под якорем (при заливке бетоном включает и силу веса бетона);

G_Я — сила веса якоря.

Сила веса грунта определяется по формуле:

для якоря без щита (рис. 2.13, а)

(2.58)

для якоря со щитом (рис. 2.13, б)

(2.59)

где – плотность грунта ( = 1600 кг/м³);

Рис. 2.13. Схема для расчета закладного якоря:

а – простого, б – со щитом, в – с одной тягой, г – с двумя тягами

Извлечению (выдергиванию) якоря из грунта препятствуют силы веса грунта и якоря, а также сила трения. Принято считать, что отделение грунта от массива в процессе извлечения якоря про­исходит по прямой, направленной под углом к вертикали, где — угол естественного откоса или угол внутреннего трения. Этот угол зависит от типа грунта и соответственно равен 40—42^о.

Устойчивость якоря соответствует условиям, когда ( = 0)

(2.60)

где К₁ — коэффициент запаса для вертикальных сил (для якоря без щита K₁=3 для якоря со щитом K₁= 1, 5).

Якорь давит на грунт в горизонтальном направлении с силой S₂ ( = 0). Удельное давление на грунт должно быть меньше до­пускаемого. Для предотвращения сдвига якоря в горизонтальном направлении должно выполняться условие

(2.61)

где К₂ — коэффициент уменьшения допускаемого давления на грунт вследствие неравномерного смятия (для мягких грунтов К₂ = 0, 25, для твердых грунтов К₂ = 0, 5);

Р — допускаемое давление на грунт.

В зависимости от типа грунта Р может иметь следующие значе­ния, МПа:

для плотно слежавшегося гравия 0, 5 — 0, 8;

сухой глины 0, 3 — 0, 4;

плотно слежавшегося сухого песка 0, 3 — 0, 5;

мокрого песка 0, 1— 0, 3;

мокрой глины 0, 05— 0, 2;

болотистого грунта, торфа 0, 025— 0, 05.

При расчете угол откоса траншеи не должен быть больше угла естественного откоса для грунта. Грунт, находящийся вне указан­ных пределов угла, практически не оказывает давления на якорь.

Якоря бывают с одной (рис. 2.13, в) и двумя тягами (рис. 2.13, г). В якорях с одной тягой на закладную часть действует изги­бающий момент от равномерно распределенной нагрузки Р по длине закладной

(2.62)

В якорях с двумя тягами на закладную часть действуют изгибающий момент от равномерно распределенной нагрузки Р по длине за­кладной и продольные силы N.

(2.63)

Сила N, сжимающая закладную часть

(2.64)

Инвентарные наземные (рис. 2.14) и полузаглубленные якоря, широко применяемые в настоящее время, выполняют обычно в виде жесткой рамы из швеллеров, на которую укладывают бетонные блоки массой 1, 5 — 7, 5 т. Это позволяет сравнительно легко полу­чать якоря, рассчитанные на восприятие значительных нагрузок. Вместе с тем якорь в целом или отдельные его части можно исполь­зовать многократно, что сокращает расходы на его изготовление. Применение инвентарных якорей значительно уменьшает объем земляных работ.

Существенный недостаток наземных якорей — значительная за­висимость их несущей способности от состояния поверхности грун­та и погодных условий. Поэтому наземные якоря устанавливают на ровной поверхности, очищенной от грязи, снега, неплотного грунта и засыпанной слоем крупного песка или щебня. При устройстве на­земных якорей верхний плотный слой грунта не срезают, что по­зволяет увеличить устойчивость якоря. На свеженасыпанном грун­те, мелком песке и болотистой почве наземные якоря обычно не устраивают. При сильном обводнении почвы площадку для уста­новки якоря осушают, сооружая дренажные канавы.

Чтобы увеличить сопротивление сдвигу якоря примерно в 2 раза, были разработаны якоря с шипами. Они представляют собой раму из швеллеров или из труб, на нижней плоскости которой привари­вают шипы из отрезков труб, уголков, швеллеров или листовых упоров длиной 200 — 600 мм. Шипы позволяют увеличить сцепле­ние якоря с грунтом (коэффициент сцепления 0, 7 — 0, 8 и больше). Отношение массы якоря к его грузоподъемности в среднем равно 2, 2 — 2, 4. Якоря с шипами можно применять в зимних условиях, так как при загрузке балластом массой 40 т шипы рамы в течение 4 суток и менее

Рис. 2.14. Инвентарный наземный якорь

Чтобы увеличить грузоподъемность инвентарных якорей, один или несколько блоков заглубляют в грунт на всю высоту (полуза­глубленные якоря). Остальные блоки, укладываемые сверху, обес­печивают соответствующую массу якоря. Наиболее рациональные компоновки схем полузаглубленных якорей представлены на рис. 2.15. Инвентарный разборный полузаглубленный якорь при заглублении на 1 м может выдержать усилие 400 кН, имея общую массу 30 т. При отсутствии заглубления и из расчета только сопро­тивления на трение о грунт такой якорь должен был бы иметь массу около 150 т.

Анализ показывает, что, в общем случае, масса полузаглублен­ных якорей не превышает 50 % массы наземных якорей.

В полузаглубленных якорях шарниры для крепления тяг и кана­тов расположены в центре тяжести заглубленной части якоря. При заглублении якоря сила S₂, сдвигающая якорь, воспринимается стенкой заглубления. Для инвентарных полузаглубленных якорей условия равновесия определяются уравнениями (2.60) и (2.61) в которых сила веса грунта G_ГР = 0, а размер h является высотой за­глубления якоря.

Для незаглубленных, инвентарных наземных якорей уравнения равновесия примут следующий вид (отсутствует сила трения T₁ = 0 и сила веса грунта G_ГР = 0):

для вертикальных сил, отрывающих якорь от грунта из (2.60):

(2.65)

для горизонтальных сил, сдвигающих якорь из (2.61) отсутст­вует реакция грунта, а также G_ГР = 0:

(2.66)

В этих уравнениях К₁ = 1, 5 коэффициент трения стали о грунт, = 0, 3 – 0, 4, для якорей с шипами = 0, 7 – 0, 8. Уравнение (2.66) можно также записать в виде:

(2.67)

или

(2.68)

Поскольку обычно S₂ > S₁, условие в виде уравнений (2.67) или (2.68) является определяющим для выбора массы наземного якоря.