DISPOZITIVE DE SUSPENDARE SI APUCARE A SARCINII

DISPOZITIVE DE SUSPENDARE SI APUCARE A SARCINII

In cazurile generale, suspendarea sarcinii la masinile de ridicat se face prin intermediul carligelor sau al ochiurilor. Se folosesc carlige simple pentru sarcini mici si mijlocii, carlige duble, pentru sarcini mijlocii si mari si ochiuri pentru sarcini foarte mari.

Fixarea carligelor de cablul de ridicare se face fie direct, pentru sarcini mici, fie prin intermediul unor dispozitive speciale numite mufle.

Organele de suspendare trebuie astfel construite sau montate, incat acestea sa se poata roti liber in jurul axei lor verticale, neantrenand prin aceasta cablul; in caz contrar, exista pericolul de desrasucire a cablului. Forma sarcinilor nu permite, in general, suspendarea lor direct la carligul macaralei. De aceea, se utilizeaza frecvent dispozitive auxiliare pentru apucarea sarcinilor. Constructia dispozitivelor este functie de destinatia lor. Folosirea dispozitivelor adecvate duce la cresterea sensibila a productivitatii muncii.

1. Carlige simple

Carligul (fig. 1) se executa din OLC 25 prin forjare in matrita pentru sarcini mici si mijlocii si eventual prin forjare libera pentru sarcini mari, cu ulterioara normalizare. Acesta executa dintr-o singura bucata, neadmitandu-se su-dura ca mijloc de remediere a defectelor de forjare. Carligele se livreaza in mod obligatoriu cu dispozitiv de siguranta.

Carligul are sectiunea circulara in portiunea sa dreapta (coada), dupa care sectiunea devine trapezoidala, in afara de cioc, unde sectiunea este din nou circulara. Toate muchiile carligului forjat liber sunt rotunjite; la cel forjat in matrita, atat muchiile, cat si laturile sunt rotunjite. Carligul simplu este standardizat; el se adopta in functie de sarcina si de regimul de functionare al mecanismului.

Carligul este solicitat la incovoiere excentrica. Daca se considera carligul incarcat cu o forta Q, dirijata dupa axa lui verticala, si se ia arbitrar o sectiune m-m, normala pe axa carligului, in centrul de greutate al careia se considera doua forte Q egale si opuse, actionand dupa o directie verticala, se constata ca sectiunea este supusa actiunii unei forte Q si a unui moment Q∙l (l fiind distanta de la centrul de greutate al sectiunii pana la axa verticala a carligului). Descompunand forta Q dupa doua directii, perpendiculare pe sectiune si in planul sectiunii, forta N perpendiculara pe sectiune va da nastere unor solicitari de intindere, iar forta T va produce solicitarea la forfecare. Pe masura ce sectiunea considerata se apropie de sectiunea m₀-m₀, aflata in planul orizontal care trece prin centrul curburii carligului, creste atat momentul incovoietor, deoarece se mareste bratul l, cat si forta N care devine maxima (egala cu Q). Deci o sectiune periculoasa va fi chiar sectiunea m₀-m₀. O alta sectiune periculoasa este sectiunea m₁-m₁, pentru care forta taietoare T devine maxima (egala cu Q).

Carligul fiind o bara curba, tensiunea normala intr-un punct oarecare al sectiunii periculoase poate fi determinata cu ajutorul relatiei:

, (1.)

in care: Q este forta normala; A suprafata sectiunii; M - momentul incovoietor; r raza de curbura a sectiunii periculoase, adica distanta de la centrul de greutate al acestei la centrul de curbura; k coeficient care depinde de forma sectiunii si de curbura barei; y - distanta de la fibra in care se calculeaza tensiunea pana la axa neutra a sectiunii.

Distanta y este negativa daca fibra data se afla intre centrul de curbura si axa neutra a sectiunii si este pozitiva pentru fibrele aflate dincolo de axa neutra.

Valoarea momentului M se considera pozitiva daca tinde sa micsoreze raza de curbura si negativa daca tinde sa o mareasca. Momentul, actionand asupra carligului in sensul maririi razei de curbura, va fi negativ. Considerand cu destula exactitate pentru practica, pentru carligele normale, ca centrul de greutate al sectiunii periculoase se afla pe axa neutra, valoarea momentului incovoietor va fi:

,

unde: a este diametrul deschiderii carligului; c₁ - distanta de la axa neutra pana la baza mare a sectiunii.

Expresia tensiunii intr-un punct oarecare al sectiunii devine:

. (2)

Tensiunea maxima de intindere se obtine pentru y=c₁, iar cea de compresiune pentru y=c₂, unde c₂ este distanta de la axa neutra pana la baza mica a sectiunii. Acestea vor fi:

(3)

si

, (4)

unde h este inaltimea sectiunii.

Marimea k se determina cu relatia:

. (5)

Pentru sectiunea trapezoidala cu laturile B si b si inaltimea h:

. (6)

Pentru calculul carligului executat din OLC 25 se admite σ_a=120 MPa.

Sectiunea m₁-m₁ se verifica la forfecare, admitandu-se τ_a=5 MPa.

Tija cilindrica a carligului se calculeaza la intindere, diametrul acesteia fiind dat de relatia:

. (7)

Din cauza ca se poate intampla ca tija carligului sa ia o pozitie stramba, fiind solicitata astfel si la incovoiere, iar in calcul nu se poate tine seama de aceasta solicitare intamplatoare, tensiunea admisibila are o valoare scazuta, si anume .

Diametrul interior d al tijei filetate a carligului se calculeaza, de asemenea, la intindere cu aceeasi relatie (7) si cu aceeasi valoare a tensiunii admisibile, ca si pentru calculul tijei cilindrice a carligului, din cauza concentratiei tensiunilor datorate filetarii.

Inaltimea H a piulitei se determina din conditia de rezistenta a filetului la strivire, valoarea ei fiind data de relatia:

, (8)

in care: t este pasul filetului; d - diametrul exterior al tijei filetate; p_a - presiunea admisibila la otel pe otel (p_a =3035 MPa).

2. Carlige duble

Carligele duble (fig. 2) se executa din acelasi material si cu aceeasi tehnologie ca si carligul simplu. Ele sunt standardizate.

Solicitarea carligului dublu este analoga cu cea a carligului simplu si deci calculul se face ca si pentru acesta, trebuind insa sa se tina seama de faptul ca din cauza legarii sarcinii, forta P din cablul de legare este indreptata sub un anumit unghi fata de verticala.

Unghiul facut de legatura ce sustine sarcina are, in mod obisnuit, valoarea α=0,5π. Sectiunea periculoasa este obtinuta intr-un plan normal pe planul figurii, care trece prin centrul deschiderii carligului si punctul de intersectie al axei carligului cu linia de contur inferioara. Aplicand in centrul de greutate al sectiunii doua forte egale si de sens opus, paralele si egale ca marime cu efortul P din orga-nul flexibil de legare a sarcinii, sectiunea m-m va fi solicitata de un moment M=P∙l si de o forta P care poate fi descompusa dupa normala si tangenta la sectiune in doua forte N si T.

Daca se da valoarea efortului din organul flexibil de legare:

momentul va avea valoarea:

, (9)

unde β este unghiul de inclinare al sectiunii fata de verticala. Forta normala N va fi:

, (10)

iar cea tangentiala T:

. (11)

Sectiunea m-m este supusa la incovoiere excentrica si forfecare.

Tensiunile normale in aceasta sectiune sunt date de relatia:

.

Folosind aceleasi notatii ca si la carligul simplu se obtine:

. (12)

Introducand in relatia (12) valorile lui M si N din relatiile (9) si (10) rezulta:

sau:

. (13)

in mod analog:

. (14)

Considerand, cu suficienta exactitate pentru aplicatiile practice, faptul ca si la carligul dublu, centrul de curbura al axei neutre coincide, pentru sectiunea periculoasa, cu centrul geometric al deschiderii carligului, tensiunile normale maxime in sectiunea periculoasa pot fi exprimate cu relatiile:

; (15)

(16)

Tensiunile tangentiale in sectiunea periculoasa vor avea valoarea:

, (17)

iar conditia de rezistenta va fi:

. (18)

Pentru sectiunea facuta vertical prin centrul deschiderii carligului β=0 si deci:

,

.

Cu aceeasi aproximatie facuta anterior, tensiunile normale sunt date de relatiile:

, (19)

(20)

Pentru verificarea acestei sectiuni trebuie considerata valoarea maxima a unghiului α .

Forta tangentiala in aceasta sectiune are valoarea:

,

iar efortul unitar tangential:

.

Verificarea rezistentei acestei sectiuni se face tot cu relatia (18).

3. Montajul carligelor

Montajul carligelor si ochiurilor depinde de numarul ramurilor de cablu pe care se repartizeaza sarcina. In cazul repartizarii sarcinii pe o singura ramura de cablu, se folosesc carlige cu ochi, fixate direct la cablu, prin intermediul unui ochet (fig. 3). De cele mai multe ori, greutatea proprie a carligului este prea mica pentru a tine intins cablul neincarcat si de aceea se monteaza pe cablu o greutate aditionala.

In cazul repartizarii sarcinii pe mai multe ramuri de cablu, se folosesc muflele care asigura rotirea usoara a carligului. In figura 4 este indicata constructia unei mufle normale.

In cazul palanelor cu un numar par de role la corpul mobil sau al palanelor duble, pot fi folosite mufle scurtate (fig. 5), care au avantajul unei inaltimi mai mici. La aceste mufle se folosesc carlige cu tija lunga, deoarece rolele se monteaza pe capetele prelungite ale traversei carligului.

Traversa carligului este solicitata la incovoiere.

Momentul incovoietor in sectiunea AB, cu notatiile din figura 6, va fi:

,

iar modulul de rezistenta al acestei sectiuni va fi:

.

Rezulta efortul unitar normal in sectiunea AB:

. (21)

Pentru OL 37 tensiunea admisibila poate fi luata: σ_ai=60 120 MPa.

Fusul traversei este, de asemenea, solicitat la incovoiere. In sectiunea CD momentul incovoietor va fi:

,

iar modulul de rezistenta:

.

Efortul unitar normal in aceasta sectiune va fi:

. (22)

Pentru evitarea strivirii materialului fusului sau tirantilor, presiunea dintre aceste elemente trebuie sa fie:

, (23)

presiunea admisibila avand valoarea: p_a=80150 MPa.

Axa rolelor de cablu este solicitata la incovoiere. Tinand seama de faptul ca nu se poate garanta repartizarea uniforma a presiunii in lungul butucilor rolelor, in cazul montarii mai multor role pe axa se inlocuieste aceasta repartitie cu forte concentrate, actionand in centrul rolelor. Cu notatiile din figura 7, momentul incovoietor maxim va fi:

.

Modulul de rezistenta va avea valoarea:

.

Efortul unitar maxim de incovoiere va fi:

. (24)

Tensiunea admisibila pentru OL 50 poate fi luata:

MPa

In cazul montarii unei singure role pe axa, momentul incovoietor maxim se poate exprima ca media intre momentele late de o sarcina concentrata si o incarcare uniform repartizata, lungimea butucului rolei fiind comparabila cu distanta dintre reazemele axei. Expresia momentului incovoietor maxim va fi:

.

In cazul montarii rolelor pe bucse, se verifica presiunea dintre aceasta si axa. Conditia de rezistenta va fi:

, (25)

unde n este numarul de role montate pe axa.

Presiunea admisibila poate fi luata p=..10 MPa.

La mufla scurtata, traversa carligului este in acelasi timp si axa pentru role. Cu notatiile din figura 8 momentul incovoietor maxim va avea expresia:

.

In fusuri, momentul incovoietor va fi:

.

Tirantul (fig. 9) se calculeaza din conditia de rezistenta la tractiune.

Eforturile unitare vor fi:

- in sectiunea A B

; (26)

- in sectiunea A B

. (27)

In sectiunea A B efortul unitar va fi la suprafata interioara si, conform formulei lui Lammé, va avea expresia:

. (28)

Inlocuind in relatia (28) valoarea presiunii p cu expresia sa:

se obtine:

. (29)

Pentru a se evita o puternica concentratie a tensiunilor, se recomanda alege-rea diametrului axei rolelor egal cu diametrul fusurilor traversei, iar latimea tirantilor egala cu dublul diametrului acestora. Pentru asigurarea unei egale rezistente a tirantilor, se recomanda ca raza de curbura a acestora sa aiba expresia:

. (30)

4.4. Dispozitive auxiliare pentru apucarea sarcinilor in bucati

Cele mai simple dispozitive pentru apucarea sarcinilor in bucati si mai frecvent folosite sunt organele flexibile de prindere. Ele sunt constituite din bucati de lanturi sudate, cabluri sau franghii, prevazute la capete cu carlige de constructie speciala.

In figura 10 a sunt reprezentate lanturi de prindere cu o singura ramura, iar in figura 10 b lanturile de prindere cu doua ramuri.

Lanturile de prindere se fixeaza la carligul macaralei prin zale speciale (tip A - lanturile cu o singura ramura si tip B - lanturile cu doua ramuri).

Sarcina se fixeaza la lanturile de prindere prin zale de tip A sau prin carlige cu ochi. Zalele speciale (tip A si B) si carligele cu ochi se fixeaza la zalele obisnuite prin zale mai robuste (tip C). Lanturile de prindere, zalele speciale si carligele pentru acestea sunt standardizate.

Calculul organelor flexibile de prindere se face pe baza eforturilor care apar in ramurile acestora, dupa expresiile date in capitolul referitor la organele flexibile. Efortul S din ramura unui organ flexibil de prindere cu m ramuri este dat de relatia:

, (31)

in care: Q este greutatea sarcinii de ridicat; α - unghiul de inclinare a ramurilor organului flexibil fata de verticala.

In figura 11 este indicat modul de utilizare a organelor flexibile la manipularea panourilor mari prefabricate.

Un alt dispozitiv foarte frecvent folosit este traversa (fig. 12). Aceasta este constituita dintr-o grinda metalica, cu sectiune plina sau cu zabrele, atarnata la carligul macaralei direct sau printr-un organ flexibil de prindere cu doua ramuri. De traversa, sarcina este fixata prin organe flexibile cu cate o singura ramura. In figura 13 se dau cateva exemple de folosire a traverselor la manipularea elementelor prefabricate grele.

Pentru manipularea sarcinilor in bucati mari, fara ochiuri de agatare, se folosesc clesti de diferite tipuri, la care strangerea sarcinii se realizeaza automat, sub actiunea greutatii proprii a acesteia.

Pentru buna functionare a clestilor este necesar ca forta de frecare intre acesta si sarcina ridicata sa fie mare decat greutatea ei.

Din aceasta conditie reies dimensiunile clestilor. Considerand un asemenea dispozitiv (fig. 14), forta de tractiune din tirantul clestelui va fi:

. (32)

Pentru ca sarcina sa nu cada, este necesar sa fie indeplinita conditia:

. (33)

Considerand un coeficient de siguranta k relatia (33) devine:

. (34)

Din conditia de echilibru a unei jumatati a clestelui, ecuatia de momente fata de articulatia O este:

. (35)

Inlocuind in relatia (35) valorile fortelor T si N date de relatiile (32) si (34) se obtine conditia de buna functionare a dispozitivului:

sau:

. (36)

Pentru manipularea materialelor metalice, in sectiile de constructii metalice se folosesc electromagneti de ridicare, fixati direct la carligul macaralei in cazul ridicarii sarcinilor de dimensiuni mici, sau la o traversa de ridicare, in cazul manipularii sarcinilor de lungime mare. Electromagnetii au avantajul ca elimina dis-pozitivele auxiliare de legare a sarcinii, ceea ce conduce la reducerea duratei ciclului de lucru si a personalului de deservire a macaralei. Electromagnetii au o durabilitate considerabila si o constanta remarcabila a proprietatilor lor. Forta de ridicare a electromagnetilor depinde de constructia lor si variaza in limite foarte largi. S-au construit electromagneti cu diametru de 1 m, capabili sa ridice sarcini de 55 kN.

Pentru ridicarea sarcinilor din materiale neferoase, cu suprafete plane, se pot folosi dispozitive de ridicare pneumatice (fig. 15).

Dispozitivul consta dintr-o traversa pe care sunt fixate o serie de garnituri elastice, care se aplica pe piesa de ridicat. Datorita vidului creat intre garnituri si piesa cu ajutorul unei pompe de vid, piesa ramane puternic fixata la dispozitivul de ridicare. Dispozitivele pneumatice de ridicare pot manipula sarcini pana la 50 kN.

4. Dispozitive pentru manipularea sarcinilor in vrac

4.1. Cupe autodescarcatoare

Pentru manipularea materialelor in vrac, la un volum redus de lucrari, se folosesc cupe autodescarcatoare de diverse forme si capacitati, functie de caracteristicile materialului manipulat, de sistemul de lucru impus, de productivitatea ceruta.

In figura 16 a este prezentata o cupa basculanta a carei descarcare se produce automat la ridicarea zavorului 4 datorita faptului ca centrul de greutate al cupei incarcate este plasat mai sus si mai la stanga fata de articulatiile suspensiei 2. Cupa goala revine in pozitia normala, intrucat in acest caz centrul ei de greutate este mai jos si la dreapta fata de articulatiile suspensiei.

In figura 16 b este prezentata O' cupa cu trape, cu golirea prin fund.

La cupele prezentate, incarcarea se face cu lopata sau prin alt mijloc de turnare a materialului direct in cupe. Ele sunt autodescarcatoare, dar nu si autoincarcatoare.

4.2. Greifere

Greiferele sunt recipiente cu incarcare si descarcare automata.

Dupa constructia lor ele se impart in urmatoarele categorii: greifere cu un singur cablu, cu doua cabluri, cu electromotor si hidraulice.

Greiferele cu un singur cablu (fig. 17) sunt manevrate cu un troliu obisnuit cu un singur tambur, ele fiind un accesoriu al macaralei, putand fi puse sau scoase oricand din functiune.

Cupele 1 sunt asamblate articulat la traversa inferioara 2, iar prin tirantii 3 sunt fixate articulat la traversa superioara 4. La cablul 5 al mecanismului de ridica-re este fixata traversa intermediara 6, prevazuta cu carligul 7. La traversa intermediara este fixata parghia 8, pentru deschiderea greiferului. Parghia poate fi actionata prin cablul 9 sau de catre opritorul 10.

Cand greiferul ajunge in pozitia limita superioara, parghia 8 loveste opritorul 10 (fixat de macara), carligul 7 elibereaza traversa inferioara si cupele, sub actiunea greutatii materialului si a traversei inferioare, se deschid, coborand impreuna cu aceasta. La coborarea cablului cupele se infig in material. Continuand a desfasura cablul carligul prinde traversa inferioara. La ridicarea cablului cupele se inchid, cuprinzand in interiorul lor materialul. Continuand ridicarea cablului, are loc ridicarea greiferului cu cupele inchise. Pentru a deschide cupele in afara de pozitia limita superioara, parghia 8 este trasa prin cablul 9.

Greiferul cu un cablu se utilizeaza la lucrari cu caracter temporar, la care aceeasi macara este folosita atat pentru manipularea sarcinilor in bucati, cat si a celor varsate. Ele au o productivitate scazuta si o manipulare greoaie.

Greiferele cu doua cabluri (fig. 18) sunt actionate de un troliu special cu doua tobe. Pe una se infasoara cablul de ridicare 1, iar pe cealalta cablul de inchidere 2.

Cablul de ridicare este fixat de traversa superioara 3. Cablul de inchidere, dupa ce infasoara rola 4, montata la traversa inferioara 5, este fixat tot la traversa superioara.

Deschiderea sau inchiderea greiferului se face in orice pozitie, prin franarea tamburului de ridicare si desfasurarea sau infasurarea cablului de inchidere. Ridicarea sau coborarea greiferului se face infasurand sau desfasurand simultan ambele cabluri cu aceeasi viteza. Mentinerea vitezei egale este absolut necesara pentru buna
functionare a greiferului.

Adeseori, la greiferele cu doua cabluri, cablul de inchidere infasoara alterna-tiv rolele unui palan simplu, corpul fix de role fiind montat la traversa superioara, iar cel mobil la traversa inferioara (fig. 19 a si b). Suspendarea greiferului se poate face si pe doua ramuri de cablu (fig. 19 b si c). De asemenea, inchiderea si deschiderea cupelor se poate face prin intermediul unui palan dublu (fig. 19 c si d). Suspendarea greiferului pe doua perechi de cabluri micsoreaza simtitor tendinta de rotatie a acestuia in timpul lucrului. Constructia greiferelor cu doua cabluri este foarte diferita, in functie de destinatia lor.

Cupele greiferelor se executa prin sudura, din tabla de otel, a carei grosime se determina cu relatia empirica:

, m (37)

unde V este capacitatea greiferului, in m³.

Pe margini, cupele sunt intarite cu platbande de rigidizare. Greiferele destinate manipularii materialelor in bucati mari, precum si a celor inghetate, au cupele prevazute cu dinti de schimb, amplasati alternativ pe cele doua cupe, astfel incat sa nu impiedice inchiderea completa a cupelor. Marginile taietoare ale cupelor, precum si dintii acestora, se executa din otel manganos. Corpul de role la traversa inferioara se monteaza pe o axa inclinata fata de axa longitudinala a greiferului, asigurand o infasurare comoda a cablului pe rolele palanului de inchidere.

Greiferele cu doua cabluri se executa cu capacitate de 0,3..10 m³. Ele sunt de trei tipuri: tip usor, pentru manipularea sarcinilor cu greutate volumetrica pana la 10 kN/m³, ca clincher, pietris marunt, uscat etc. si pentru excavarea terenurilor de categoria I; tip mijlociu, pentru manipularea sarcinilor cu greutate volumetrica cuprinsa intre 10 si 20 kN/m³, ca de exemplu calcar, nisip si pietris umed, piatra sparta, argila, ciment etc. si pentru excavarea terenurilor de categoria a II-a; tip greu, pentru manipularea sarcinilor cu greutate volumetrica de 2030 kN/m³, cum sunt calcarele grele si pentru excavarea terenurilor de categoria a IlI-a.

Greiferele cu doua cabluri au o constructie simpla si sunt sigure in exploatare. Folosirea lor rationala duce la o crestere sensibila a productivitatii muncii. Greiferele cu doua cabluri sunt folosite la operatii de incarcare-descarcare cu caracter permanent, in fabrici, depozite si pe marile santiere.

Greiferele cu electromotor (fig. 20) pot fi suspendate la carligul macaralei. Inchiderea si deschiderea cupelor se face in orice pozitie cu ajutorul unui troliu montat pe traversa superioara. Troliul se compune dintr-un electromotor reversibil 1, un angrenaj melcat 2 si un tambur 3, pe care se infasoara cablul de inchidere 4 fixat la traversa inferioara Ridicarea si coborarea greiferului se face cu ajutorul cablului 6, care se infasoara pe tamburul troliului mecanismului de ridicare al macaralei.

Alimentarea motorului greiferului se face prin cablu electric care se infasoara pe un tambur suplimentar al mecanismului de ridicare al macaralei. Greiferele cu electromotor au greutatea proprie mare, capacitate mica si viteza mica de inchidere si deschidere a cupelor, ceea ce le face improprii pentru exploatarea intensiva. Ele cer pentru exploatare un personal cu inalta calificare. Deficientele semnalate fac ca utilizarea acestora sa fie limitata.

Greiferele hidraulice pot fi folosite ca echipament de schimb la macaralele si incarcatoarele echipate cu sistem de actionare si de comanda hidraulice. Ele au o constructie relativ simpla si sunt comode in exploatare, fapt care determina folosirea lor din ce in ce mai frecventa.

Greiferul hidraulic (fig. 21) se compune din traversa superioara 1, traversa inferioara 2, cupele 3, montate articulat la traversa inferioara, tirantii 4, pentru asamblarea cupelor la traversa superioara, cilindrul hidraulic 5, pentru actionarea cupelor. O alta constructie de greifer hidraulic, la care cilindrii hidraulici actioneaza direct asupra cupelor, traversele fiind solidarizate prin tirant, este prezentata in figura 22.

Inchiderea si deschiderea cupelor se poate face in orice pozitie a greiferului, cu ajutorul cilindrului hidraulic. Ridicarea si coborarea greiferului poate fi facuta fie prin suspendarea lui la cablul macaralei, fie prin montarea lui directa la bratul oscilant al acesteia.