Файл: 1. Обзор существующих вариантов и постановка задачи. Обзор конструкций башенных кранов.docx
Добавлен: 12.12.2023
Просмотров: 30
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
, влагостойки, в большинстве своем не теряют прочности при намокании и не подвержены гниению. Такие канаты стойки к растворителям (бензину, спирту, ацетону, скипидару).
Рисунок 1.5. Канат из полимера.
В зависимости от марки полимера эти канаты подразделяются на полиамидные и полипропиленовые.
Канаты полиамидные
К полиамидным относятся канаты, изготовленные из капрона, найлона (нейлона), перлона, силона и других полимеров.
Рисунок 1.6. Канат из полиамида.
Полиамидные канаты сохраняют все свои свойства при изменении температуры воздуха от - 40 до + 60C, что позволяет использовать их при работе судна в различных климатических условиях. Синтетические канаты очень эластичны. Так, при нагрузке, равной половине разрывного усилия, относительное удлинение плетеных восьмипрядных канатов следующее: полипропиленовых - 21 - 23%, полиамидных - 35 - 37%. Кроме того, они более стойки к истиранию, обладают лучшей гибкостью, сохраняют структуру и форму даже при обрыве двух прядей, выдерживая при этом нагрузку, составляющую 75% разрывного усилия. Отсутствие крутящего момента у плетеного каната, находящегося в напряженном состоянии, делает его более удобным в эксплуатации.
Выпускаются двух видов - канаты тросовой свивки (трехпрядные) и плетеные репсового переплетения (восьмипрядные). Полиамидные (капроновые) канаты имеют наибольшее распространение среди синтетических. Полиамидные (капроновые) канаты диаметром 8 … 19 мм применяются в основном в рыболовстве и строительстве; диаметром 20 … 40 мм и более в качестве швартовых и буксировочных тросов.
Рисунок 1.6. Канат из капрона.
Отличительной чертой полиамидных канатов является их высокая способность выдерживать ударные нагрузки, они обладают отличной прочностью и очень хорошей износостойкостью. Стандартно используются в судоходстве, рыболовстве и строительстве. Канаты изготовлены из светостабилизированного высокопрочного капрона в соответствии ГОСТом 30055-93
Следует учитывать, что у полиамидных (капроновых) канатов при намокании, разрывная нагрузка снижается приблизительно на 20%, номинальная линейная плотность возрастает на 5% за счет впитывания влаги. При температуре 140 град.С теряется прочность, а после 215 град.С они расплавляются. Под влиянием солнечной радиации полиамидные (капроновые) канаты стареют и становятся хрупкими, однако канаты в основном изготавливаются только из светостабилизированной нити и не подвержены старению под влиянием солнечной радиации. Полиамидные (капроновые) канаты не поддаются воздействию органических кислот, нефти, не подвергаются гниению и воздействию плесени, при температуре ниже нуля сохраняют прежнюю эластичность.
Рисунок 1.7. Канат из капрона.
При эксплуатации в сухом виде полиамидные (капроновые) канаты, благодаря способности образовывать на поверхности защитный слой ворса, - самые износостойкие из всех видов канатов, изготовленных из синтетических материалов. В мокром виде эта способность снижается.
Полиамидные (капроновые) канаты отличаются сравнительно невысоким коэффициентом трения (по стали 0,11…0,17), который для каната в мокром состоянии увеличивается на 40…80%. Полиамидные (капроновые), канаты отличаются стабильностью коэффициента трения при заданной нагрузке в сухом или мокром состоянии каната. Первые 2-3 часа эксплуатации полиамидный (капроновый) канат имеет нулевую плавучесть, то есть держится близко к поверхности воды.
Канаты полипропиленовые
Материалами для изготовления полипропиленовых канатов служат пленки или мононити полипропилена, типтолена, бустрона, ульстрона.
Рисунок 1.8.Канат из полипропилена.
Полипропиленовые канаты предназначены для универсального использования в судоходстве (швартовка, буксировка), рыболовстве, строительстве и сельском хозяйстве. Оптимальное сочетание приемлемой цены и возможности многостороннего применения. Для этих канатов характерны устойчивость к УФ-излучению, хорошая стойкость в химически активной среде и средняя сопротивляемость к истиранию.
Полипропиленовые канаты не впитывают влагу и в связи с этим не меняют разрывной нагрузки и линейной плотности при эксплуатации в водной среде.
При температуре 60, 80 и 100 град. С снижение разрывной нагрузки соответственно составляет 15, 20 и 45%. Низкие температуры почти не оказывают влияния на эти свойства каната. Температура плавления каната 165 град.С.
Полипропиленовые канаты устойчивы к воздействию кислот, щелочей и масел.
Полипропиленовые канаты в сухом состоянии имеют самый высокий коэффициент трения среди синтетических канатов (для стальных барабанов – 0,13… 0,3). При намокании канатов коэффициент трения снижается более чем в 2 раза, колебания коэффициента трения при заданной нагрузке в мокром или сухом состоянии достигают 50%. Вследствие этого полипропиленовые канаты работают на барабанах со срывами, сопровождающимися уменьшением нагрузки рабочего конца на 25… 35%.
Рисунок 1.9. Канат из полипропилена.
Полипропиленовые канаты используются в различных областях народного хозяйства.
Относительное разрывное удлинение полипропиленовых канатов приблизительно равно 36 %. После многократного нагружения (120 раз до 70% разрывной нагрузки) относительное разрывное удлинение составляет приблизительно 16%.
Полипропиленовые канаты являются светостойкими весьма условно. Считается, что без добавки светостабилизаторов применить их во флоте нельзя. Полипропилен с добавлением сажи очень устойчив к воздействию света и атмосферных условий и продолжительное время не теряет прочность.
Узлы на полипропиленовых канатах склонны к расползанию, поэтому их необходимо делать двойными. Прочность полипропиленового каната в узле связывания приблизительно на 50% ниже прочности целого каната.
К сожалению, в настоящее время в России в малых объемах выпускаются канаты из полипропиленовых комплексных (мультифиламентных) нитей из-за их высокой цены.
Износоустойчивость полипропиленового каната значительно хуже полиамидного (капронового).
Основные свойства:
- удельный вес – 0. 91 г/см3 (не тонет в воде)
- температура плавления – 170°C
- нулевая водопоглощаемость
- отличные изоляционные свойства
- цвет на выбор заказчика (широкая цветовая гамма)
- cтандартная длина каната в бухтах – 200 м, 220 м.
Канаты полистиловые
Полистил «Polysteel» является высокопрочным материалом на базе полиолефинов: 75% - полипропилен, 25% - полиэтилен высокого давления.
Рисунок 1.10. Канат полистиловый.
Используются полистиловые канаты главным образом в судоходстве (швартовка, буксировка) и рыболовной промышленности.
Рисунок 1.11. Канат полистиловый.
"Dyneema" - волокно из высокомолекулярного полиэтилена (HPPE).
Волокно "Dyneema" имеет ряд преимуществ над другими высокопрочными волокнами такими, как "Kevlar", а именно:
Волокна "Dyneema" имеют широкий диапазон применения, обеспечивающий максимальную прочность и безопасность при минимальном весе.
Основные свойства волокон "Dyneema":
Таблица 1.1. Характеристики полиэтиленовых канатов марки "Dyneema".
1.3. Анализ проведенных исследований и постановка задачи.
В связи с этим, в настоящей работе ставится задача – Изучить (рассмотреть) возможность применения синтетических канатов в башенных кранах вместо стальных.
В качестве объекта принимаем кран КБ - 405.1 А
КБ-405 — модельный ряд самоходных башенных кранов 4-й размерной группы (по грузовому моменту) на рельсовом полотне, с поворотной башней и подъёмной (наклонной) стрелой.
Краны предназначены для производства строительно-монтажных работ жилых и административных зданий и сооружений высотой до 16 этажей и с массой монтируемых элементов от 9 до 10 т (в зависимости от исполнения).
Для обслуживания здания с нескольких сторон, кран может передвигаться по рельсам с криволинейными участками, при радиусе кривизны внутреннего рельса 7 м. Особенность конструкции крана — вылет стрелы может меняться краном её подъёмом, с подвешенным грузом на крюке.
В качестве гибкого тягового элемента принимаем синтетический канат марки «Dyneema»
"Dyneema" - это высококачественное полиэтиленовое волокно производится с помощью уникального процесса, в котором гелеобразная масса скручивается в волокна таким образом, что молекулы теряют свои связи и приобретают новую параллельную ориентацию, что дает волокну уникальные свойства.
Из всех существующих вариантов выбираем канат из высокомолекулярного полиэтилена (HPPE):
Диаметр (мм): 18
Усилие на разрыв (Т): 29.2
Рисунок 1.5. Канат из полимера.В зависимости от марки полимера эти канаты подразделяются на полиамидные и полипропиленовые.
Канаты полиамидные
К полиамидным относятся канаты, изготовленные из капрона, найлона (нейлона), перлона, силона и других полимеров.
Рисунок 1.6. Канат из полиамида.Полиамидные канаты сохраняют все свои свойства при изменении температуры воздуха от - 40 до + 60C, что позволяет использовать их при работе судна в различных климатических условиях. Синтетические канаты очень эластичны. Так, при нагрузке, равной половине разрывного усилия, относительное удлинение плетеных восьмипрядных канатов следующее: полипропиленовых - 21 - 23%, полиамидных - 35 - 37%. Кроме того, они более стойки к истиранию, обладают лучшей гибкостью, сохраняют структуру и форму даже при обрыве двух прядей, выдерживая при этом нагрузку, составляющую 75% разрывного усилия. Отсутствие крутящего момента у плетеного каната, находящегося в напряженном состоянии, делает его более удобным в эксплуатации.
Выпускаются двух видов - канаты тросовой свивки (трехпрядные) и плетеные репсового переплетения (восьмипрядные). Полиамидные (капроновые) канаты имеют наибольшее распространение среди синтетических. Полиамидные (капроновые) канаты диаметром 8 … 19 мм применяются в основном в рыболовстве и строительстве; диаметром 20 … 40 мм и более в качестве швартовых и буксировочных тросов.
Рисунок 1.6. Канат из капрона.Отличительной чертой полиамидных канатов является их высокая способность выдерживать ударные нагрузки, они обладают отличной прочностью и очень хорошей износостойкостью. Стандартно используются в судоходстве, рыболовстве и строительстве. Канаты изготовлены из светостабилизированного высокопрочного капрона в соответствии ГОСТом 30055-93
Следует учитывать, что у полиамидных (капроновых) канатов при намокании, разрывная нагрузка снижается приблизительно на 20%, номинальная линейная плотность возрастает на 5% за счет впитывания влаги. При температуре 140 град.С теряется прочность, а после 215 град.С они расплавляются. Под влиянием солнечной радиации полиамидные (капроновые) канаты стареют и становятся хрупкими, однако канаты в основном изготавливаются только из светостабилизированной нити и не подвержены старению под влиянием солнечной радиации. Полиамидные (капроновые) канаты не поддаются воздействию органических кислот, нефти, не подвергаются гниению и воздействию плесени, при температуре ниже нуля сохраняют прежнюю эластичность.
Рисунок 1.7. Канат из капрона.При эксплуатации в сухом виде полиамидные (капроновые) канаты, благодаря способности образовывать на поверхности защитный слой ворса, - самые износостойкие из всех видов канатов, изготовленных из синтетических материалов. В мокром виде эта способность снижается.
Полиамидные (капроновые) канаты отличаются сравнительно невысоким коэффициентом трения (по стали 0,11…0,17), который для каната в мокром состоянии увеличивается на 40…80%. Полиамидные (капроновые), канаты отличаются стабильностью коэффициента трения при заданной нагрузке в сухом или мокром состоянии каната. Первые 2-3 часа эксплуатации полиамидный (капроновый) канат имеет нулевую плавучесть, то есть держится близко к поверхности воды.
Канаты полипропиленовые
Материалами для изготовления полипропиленовых канатов служат пленки или мононити полипропилена, типтолена, бустрона, ульстрона.
Рисунок 1.8.Канат из полипропилена.Полипропиленовые канаты предназначены для универсального использования в судоходстве (швартовка, буксировка), рыболовстве, строительстве и сельском хозяйстве. Оптимальное сочетание приемлемой цены и возможности многостороннего применения. Для этих канатов характерны устойчивость к УФ-излучению, хорошая стойкость в химически активной среде и средняя сопротивляемость к истиранию.
Полипропиленовые канаты не впитывают влагу и в связи с этим не меняют разрывной нагрузки и линейной плотности при эксплуатации в водной среде.
При температуре 60, 80 и 100 град. С снижение разрывной нагрузки соответственно составляет 15, 20 и 45%. Низкие температуры почти не оказывают влияния на эти свойства каната. Температура плавления каната 165 град.С.
Полипропиленовые канаты устойчивы к воздействию кислот, щелочей и масел.
Полипропиленовые канаты в сухом состоянии имеют самый высокий коэффициент трения среди синтетических канатов (для стальных барабанов – 0,13… 0,3). При намокании канатов коэффициент трения снижается более чем в 2 раза, колебания коэффициента трения при заданной нагрузке в мокром или сухом состоянии достигают 50%. Вследствие этого полипропиленовые канаты работают на барабанах со срывами, сопровождающимися уменьшением нагрузки рабочего конца на 25… 35%.
Рисунок 1.9. Канат из полипропилена.
Полипропиленовые канаты используются в различных областях народного хозяйства.
Относительное разрывное удлинение полипропиленовых канатов приблизительно равно 36 %. После многократного нагружения (120 раз до 70% разрывной нагрузки) относительное разрывное удлинение составляет приблизительно 16%.
Полипропиленовые канаты являются светостойкими весьма условно. Считается, что без добавки светостабилизаторов применить их во флоте нельзя. Полипропилен с добавлением сажи очень устойчив к воздействию света и атмосферных условий и продолжительное время не теряет прочность.
Узлы на полипропиленовых канатах склонны к расползанию, поэтому их необходимо делать двойными. Прочность полипропиленового каната в узле связывания приблизительно на 50% ниже прочности целого каната.
К сожалению, в настоящее время в России в малых объемах выпускаются канаты из полипропиленовых комплексных (мультифиламентных) нитей из-за их высокой цены.
Износоустойчивость полипропиленового каната значительно хуже полиамидного (капронового).
Основные свойства:
- удельный вес – 0. 91 г/см3 (не тонет в воде)
- температура плавления – 170°C
- нулевая водопоглощаемость
- отличные изоляционные свойства
- цвет на выбор заказчика (широкая цветовая гамма)
- cтандартная длина каната в бухтах – 200 м, 220 м.
Канаты полистиловые
Полистил «Polysteel» является высокопрочным материалом на базе полиолефинов: 75% - полипропилен, 25% - полиэтилен высокого давления.
Рисунок 1.10. Канат полистиловый.Используются полистиловые канаты главным образом в судоходстве (швартовка, буксировка) и рыболовной промышленности.
Рисунок 1.11. Канат полистиловый."Dyneema" - волокно из высокомолекулярного полиэтилена (HPPE).
Волокно "Dyneema" имеет ряд преимуществ над другими высокопрочными волокнами такими, как "Kevlar", а именно:
-
Не впитывает воду, кроме того, вода или влага не оказывают никакого влияния на их основные свойства; -
Не гниет; -
Не требует сушки; -
Противостоит щелочам и кислотам, множеству масел и химикатов; -
Не боится воздействия УФ; -
Обладает высокой устойчивостью к нагрузкам не только на разрыв, но и на сжатие.
Волокна "Dyneema" имеют широкий диапазон применения, обеспечивающий максимальную прочность и безопасность при минимальном весе.
Основные свойства волокон "Dyneema":
-
До 15 раз прочнее стали при одинаковом весе и на 40% прочнее конкурирующих арамидных волокон; -
Прочность и очень высокая стойкость к разрыву и к растяжению дают волокну способность поглощать сильные внешние воздействия; -
Высокая внутренняя скорость распространения колебаний (≈10 км/с), что позволяет быстро перераспределять энергию удара; -
Положительную плавучесть; -
-
Повышенная устойчивость к абразивным, химическим и ультрафиолетовым воздействиям.
Таблица 1.1. Характеристики полиэтиленовых канатов марки "Dyneema".
| Размер № | Диаметр (мм) | MBL (т) | Вес бухты 220м (кг) | Цена (руб) | ||
| За 1 кг. | За 1 м. | За бухту 220м | ||||
| 1,75 | 8 | 6.2 | 19,8 | 383 | 780 | 171600 |
| 2,5 | 9 | 8.9 | 39,6 | 383 | 1000 | 222000 |
| 3 | 11 | 10.8 | 57,2 | 383 | 1150 | 253000 |
| 4 | 12 | 15.4 | 102 | 383 | 1460 | 321200 |
| 5 | 16 | 23.9 | 159 | 383 | 2420 | 532400 |
| 5,5 | 18 | 29.2 | 195 | 383 | 3300 | 726000 |
| 6 | 48 | 39,1 | 229 | 383 | - | 87765 |
| 6,5 | 52 | 45,4 | 269 | 383 | - | 103094 |
| 7 | 56 | 51,9 | 313 | 383 | - | 119945 |
| 7,5 | 60 | 59,5 | 359 | 383 | - | 138035 |
| 8 | 64 | 67,3 | 407 | 383 | - | 155555 |
| 8,5 | 68 | 75,9 | 445 | 383 | - | 170425 |
| 9 | 72 | 84,2 | 515 | 383 | - | 196975 |
| 9,5 | 76 | 96,3 | 541 | 383 | - | 206465 |
| 10 | 80 | 103,0 | 638 | 383 | - | 244780 |
1.3. Анализ проведенных исследований и постановка задачи.
В связи с этим, в настоящей работе ставится задача – Изучить (рассмотреть) возможность применения синтетических канатов в башенных кранах вместо стальных.
В качестве объекта принимаем кран КБ - 405.1 А
КБ-405 — модельный ряд самоходных башенных кранов 4-й размерной группы (по грузовому моменту) на рельсовом полотне, с поворотной башней и подъёмной (наклонной) стрелой.
Краны предназначены для производства строительно-монтажных работ жилых и административных зданий и сооружений высотой до 16 этажей и с массой монтируемых элементов от 9 до 10 т (в зависимости от исполнения).
Для обслуживания здания с нескольких сторон, кран может передвигаться по рельсам с криволинейными участками, при радиусе кривизны внутреннего рельса 7 м. Особенность конструкции крана — вылет стрелы может меняться краном её подъёмом, с подвешенным грузом на крюке.
В качестве гибкого тягового элемента принимаем синтетический канат марки «Dyneema»
"Dyneema" - это высококачественное полиэтиленовое волокно производится с помощью уникального процесса, в котором гелеобразная масса скручивается в волокна таким образом, что молекулы теряют свои связи и приобретают новую параллельную ориентацию, что дает волокну уникальные свойства.
Из всех существующих вариантов выбираем канат из высокомолекулярного полиэтилена (HPPE):
Диаметр (мм): 18
Усилие на разрыв (Т): 29.2