Расчет механизма уплотнения грузозахватного устройства для пакетов силикатного кирпича

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вестник Брянского государственного технического университета. 2012. № 1(33)

36

РАСЧЁТ МЕХАНИЗМА УПЛОТНЕНИЯ ГРУЗОЗАХВАТНОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПАКЕТОВ СИЛИКАТНОГО КИРПИЧА

А.А. Реутов, С.Л. Эманов

Рассмотрена конструкция и приведена методика расчёта механизма уплотнения грузозахватного устройства для пакетов силикатного кирпича. Приведены некоторые результаты расчётов.

Ключевые слова: грузозахватное устройство, механизм уплотнения, пакет кирпича, силикатный кирпич.

Основной причиной разрушения пакетов силикатного кирпича, перевозимых автотранспортом, являются зазоры между кирпичами в пакете. Зазоры препятствуют распространению в середину пакета сжимающих сил от гибкой обвязки. Поэтому под действием транспортных нагрузок разрушение пакетов начинается с выпадения кирпичей из средней части пакета. Это приводит к ослаблению натяжения обвязки и дальнейшему разрушению пакета. Повысить сохранность можно путём уплотнения пакета кирпича грузозахватными устройствами во время погрузки. Конструкция грузозахватного устройства с механизмом уплотнения приведена на рис. 1. Предлагаемое грузозахватное устройство позволяет совместить грузоподъёмную операцию с операцией уплотнения пакета.

Грузозахватное устройство содержит плиту 1, с двух сторон которой на осях 2 установлены захватные рычаги 3 с петлями 4 и опорными уголками 5. К опорному уголку 5 крепятся внутренняя подкладка 6 и эластичная обвязка 7, имеющая скобы 8. Между внутренней подкладкой 6 и скобой 8 находятся уплотняющие скалки 9, соединённые тросами 10 с траверсой 11, имеющей петли 12. Верхний конец внутренней подкладки 6 закреплён на плите 1, а верхний конец эластичной обвязки 7 крепится к механизму натяжения 13.

Грузозахватное устройство работает следующим образом. Для установки на пакет кирпича грузозахватное устройство поднимают краном за петли 4, закреплённые на захватных рычагах 3. При этом захватные рычаги 3 поворачиваются на осях 2 и разводят в стороны опорные уголки 5. Расхождение опорных уголков 5 ограничивается тросами 10, закреплёнными между траверсой 11 и скалками 9. В результате натяжения тросов 10 траверса 11 прижимается к плите 1. Грузозахватное устройство опускают на пакет кирпича, установленный на поддоне 15.

Рис. 1. Грузозахватное устройство с механизмом уплотнения скалками

Плиту 1 грузозахватного устройства укладывают на пакет кирпича, захватные рычаги 3 опускаются, и опорные уголки 5 заходят под поддон 15. В таком положении траверса 11 лежит на плите 1.

Крюки снимают с петель 4 и цепляют за петли 12, закреплённые на траверсе 11. При подъёме за петли 12 траверса 11 поднимается, взаимодействует с механизмом натяжения 13, который натягивает эластичную обвязку 7 и фиксирует её натяжение.

При дальнейшем подъёме траверса 11 при помощи тросов 10 протягивает скалки 9 между внутренними подкладками 6 и эластичными обвязками 7 вдоль боковых поверхностей пакета. При движении вдоль поверхности пакета скалки 9 сдвигают кирпичи и уплотняют пакет. Скалки 9 достигают плиты 1, давят на короткие плечи 14 захватных рычагов 3 и прижимают опорные уголки 5 к поддону 15. Пакет кирпича поднимают и устанавливают в кузов автомобиля.

Для освобождения пакета кирпича траверсу 11 опускают и укладывают на плиту 1. При этом натяжение эластичной обвязки 7 уменьшается. После этого грузозахватное устройство поднимают за петли 4 и снимают с пакета.

Механизм уплотнения содержит внутреннюю подкладку 6, эластичную обвязку 7 со скобами 8, механизм натяжения 13, уплотняющие скалки 9, тросы 10 и траверсу 11 с петлями 12. Механизм уплотнения должен полностью сжимать горизонтальные ряды, на которые передаются горизонтальные силы от эластичной обвязки [3]. Для пакета кирпича, изображенного на рис. 2, это пятый, седьмой, восьмой и девятый ряды.

Для пакета кирпича заданной формы необходимо определить следующие параметры механизма уплотнения: радиус уплотняющих скалок RC, угол наклона троса гi, жесткость при растяжении эластичной обвязки EF и её начальное натяжение S0.

Рис. 2. Схема участков ветви эластичной обвязки

Форма пирамиды кирпича характеризуется количеством кирпичей ni в каждом ряду пакета. Определяем координаты точек, в которых изменяется угол наклона эластичной обвязки (рис. 2):

yk =h i , xk =b (ni -n1) / 2,

где h - высота кирпича; b - ширина кирпича; i - номер ряда; k - номер угла.

Углы наклона участков эластичной обвязки определяем по формуле

.

Длины прямолинейных участков эластичной обвязки

.

Длина ветви эластичной обвязки

.

Натяжение участков эластичной обвязки определяется уравнением Эйлера для гибкой нити :

Sk = Sk+1 е fp ц , (1)

где fp - коэффициент трения эластичной обвязки о кирпич; ц=бk - бk+1 (рад). Определение натяжения эластичной обвязки с учетом смещения крайних кирпичей ряда при уплотнении технологических зазоров эластичной обвязкой рассмотрено в [3].

При выходе скалки из скобы и продвижении её вдоль поверхности пакета изменяются углы наклона, удлинение и натяжение участков обвязки (рис. 3).

Рис. 3. Углы наклона обвязки при прохождении скалки по рядам пакета

Углы наклона обвязки при прохождении скалки по рядам пакета определяем по формулам

где i - номер ряда, в котором находится скалка; и - координаты точки n1 перегиба гибкой обвязки ниже скалки; и - координаты точки n2 перегиба гибкой обвязки выше скалки; Дvi - горизонтальное перемещение крайнего кирпича i -го ряда.

Величина удлинения наружной обвязки (рис. 4) при нахождении скалки в i -м ряду пакета определяется как

ДLi =l1+l2 +lp - У lk ,

где l1 - расстояние от точки касания до точки перегиба n1 наружной обвязки ниже скалки; l2 - расстояние от точки касания до точки перегиба n2 наружной обвязки выше скалки; lp - длина дуги, где обвязка охватывает скалку; Уlk - сумма длин участков обвязки между точками n1 и n2 до выхода скалки из скобы.

При прохождении скалки по рядам пакета изменяется угол гi наклона троса (рис. 5), который зависит от количества кирпичей в каждом ряду. Угол гi наклона троса при нахождении скалки в i- м ряду пакета определяем из выражения

гi =arcos((RC +b ni /2)/lT ),

где RC - радиус скалки; lT - длина троса.

Рис. 4. Определение удлинения гибкой обвязки

Рис. 5. Изменение углов наклона троса

Длину троса, зависящую от принятого угла наклона для первого ряда г1, определяем по формуле

lT =(RC + b n1 /2)/cosгi .

Анализ силового взаимодействия скалки с внутренней подкладкой и наружной обвязкой рассмотрен в [1]. Силы, действующие на скалку круглого сечения, показаны на рис. 6. Равномерное качение скалки без проскальзывания по поверхности пакета описывается системой уравнений

;

; (2)

,

где Fс - сила протягивания скалки; N - нормальная реакция поверхности пакета; FTР - сила трения скалки по поверхности пакета; kn - коэффициент трения качения скалки по поверхности пакета.

Рис. 6. Силы, действующие на скалку

Поскольку на всей поверхности контакта скалки с наружной обвязкой происходит скольжение, соотношение сил S1 и S2 описывается уравнением (1).

Условием качения скалки без проскальзывания по поверхности пакета является

FTP < fn N, (3)

где fп - коэффициент трения скольжения скалки по внутренней подкладке.

Система трёх уравнений (2) содержит 5 неизвестных сил (FС, FТР, N, S1, S2). Определение сил натяжения участков наружной обвязки S1 и S2, зависящих от её растяжения ДLi после выхода скалки из скобы рассмотрено в [1].

Тогда решение системы (2) с учётом условия (3) позволяет определить силы N и FС.

При решении системы уравнений необходимо учитывать следующие ограничения:

- проекция силы FС на ось Y должна быть меньше половины веса пакета;

- сила N должна находиться в пределах NT < N< [N] , где NT - сумма сил трения, которые необходимо преодолеть, чтобы сдвинуть кирпичи к центру пакета [2; 4]; [N] - сила, при которой происходит скол углов кирпича (сила [N] зависит от предела прочности кирпича при сжатии).

Выполненные расчёты показали, что NT max - в пятом ряду, а N/NT max - в седьмом. Поэтому на рис. 7 приведены результаты расчётов только для пятого и седьмого рядов пирамиды кирпича (представлена зависимость отношения N/NT от радиуса скалки Rc при различных углах наклона троса 1 и жесткости гибкого элемента при растяжении EF =80 кН).

Горизонтальное перемещение крайнего кирпича i-го ряда Дvi является случайной величиной, зависящей от размера технологического зазора Дd между соседними кирпичами в горизонтальных рядах пакета и от количества уплотнённых зазоров. Поэтому отношение сил N/NT может находиться в пределах от минимального, когда зазор имеет максимальные размеры, до максимального, когда зазор - минимальный.

Проведенные теоретические исследования позволили определить, как изменяется радиус скалки в зависимости от жесткости гибкого элемента и угла наклона троса для первого ряда (рис. 8).

Рис. 7. Зависимость отношения сил N / NT от радиуса скалки Rc и угла наклона троса г1 : а - для пятого ряда; б - для седьмого ряда (величина зазора Дd= 0,002 м)

Рис. 8. Зависимость радиуса скалки RС от жесткости гибкого элемента EF и угла наклона троса для первого ряда г1 при S0 =300 H

уплотнение грузозахватный силикатный кирпич

Приведенные на рис. 8 зависимости RС , EF и г1 обеспечивают отношение N / NT в пределах 1,0…2,2 при Дd= 1…3 мм.

Для устранения провисания гибкой обвязки на всех участках необходимо предварительное её натяжение S0 = 100…300 H. Это обеспечит натяжение самого удалённого участка гибкой обвязки.

Список литературы

1. Реутов, А.А. Силовой анализ устройства уплотнения пакетов силикатного кирпича, перевозимых автотранспортом/ А. А. Реутов, С. Л. Эманов // Вестн. ОГУ.- 2006. - №10. - Ч. 2.- С. 393-396.

2. Реутов, А.А. Влияние образования блока на сохранность транспортного пакета силикатного кирпича / А. А. Реутов, С. Л. Эманов // «Изв. ОрелГТУ. Серия «Строительство. Транспорт». - 2007. -№ 1 - С. 70-73.

3. Эманов, С.Л. Взаимодействие эластичной обвязки с пакетом кирпича /С.Л. Эманов // Вестн. БГТУ. - 2009. - №3. - С.74-77.

4. Реутов, А.А. Грузозахватные устройства и средства пакетирования силикатного кирпича: монография / А.А. Реутов, С.Л. Эманов. - Брянск: БГТУ, 2010. - 147 с.

Размещено на Allbest.ru