Определение массы и расположения центра тяжести груза

Стропальщик должен уметь определять массу и центр тяжести груза с целью обеспечения безопасности погрузо-разгрузочных работ.

Под массой груза следует понимать (скалярную, ненаправленную) физическую характеристику тела, являющуюся мерой его инерционных и гравитационных свойств. Значения массы тела не зависят от ускорения свободного падения в пункте определения. В состоянии покоя ее определяют взвешиванием на рычажных весах. Результат взвешивания показывает сравнительную с массой гирь величину, выраженную в единицах массы — граммах (г), килограммах (кг), тоннах (т).

Под силой тяжести следует понимать векторную (направленную) величину, определяющую силу притяжения тела к Земле или к другому небесному телу. Значение силы тяжести зависит от ускорения свободного падения в пункте измерения. Сила тяжести на полюсе больше, а на экваторе меньше. По мере удаления тела от поверхности Земли его сила тяжести уменьшается. Эту величину измеряют с помощью динамометра в условиях относительного покоя тела. Силу тяжести, как и любую другую силу, выражают в единицах силы — ньютонах (Н), килоньютонах (кН) и других дольных и кратных значениях этой величины.

Вес тела — сила, с которой тело действует вследствие силы тяжести к Земле на опору (или подвес), удерживающую его от падения. Вес тела равен его силе тяжести, если опора и тело неподвижны относительно Земли. Единица веса (и силы тяжести) в Международной системе единиц (СИ)—ньютон (Н).

Под грузоподъемностью крана, автопогрузчика, электрокара следует понимать максимальную массу груза, которую способно в один прием поднять, переместить или перевезти транспортное средство.

Грузоподъемность, как и масса, — скалярная величина и измеряется единицами массы — грамм (г), килограмм (кг), тонна (т).

Грузоподъемная (подъемная) сила (по аналогии с силой тяжести) — величина, характеризующая способность транспортного средства преодолевать при подъеме или перемещении массу груза. Единицами грузоподъемной силы служат ньютоны (Н), килоньютоны (кH) и другие дольные и кратные значения ньютона.

Перед строповкой груза, предназначенного для перемещения, стропальщик должен определить его массу. Массу изготовленной на заводе продукции проставляют на чертежах изделий. Массу оборудования, приспособлений, механизмов указывают в табличке, прикрепленной к раме или станине. Если груз упакован, то массу его указывают на обшивке. Однако массу груза, подлежащего перемещению, стропальщику часто приходится определять визуально. Удельная масса часто встречающихся материалов приведена ниже, кг/м³

Для определения массы груза используют следующие формулы:

для простых грузов Q=mV;

для сложных грузов Q=måVi,

где Q — масса груза; т — удельная масса, численно равная плотности материала; V — объем груза; Vt — объем отдельных частей груза; å — сумма всех частей груза.

Объем правильных геометрических фигур приведен в табл. 1.

Пример. Определим массу слитка, размеры которого приведены на рис. 6.

Разбиваем условно слиток на три усеченных конуса и определяем объем каждого. Для этого в табл. 1 находим формулу объема усеченного конуса

V= (3,14/3) h (R²+ r² + Rr)

Находим объемы каждого элемента слитка

V₁. ~ (3,14/3) 1,700 [0,55² + 0,45² + 0,55-0,45]» 1,34 м³;

V₂ ~ (3,14/3) 0,05 [0,55² + 0,42² + 0,55-0,42] ~ 0,04 м³;

Vз ~ (3,14/3) 0,4 [0,42² + 0,4² + 0,42-0,4] »0,21 м³.

Определяем суммарный объем слитка

V=V₁+V₂+V₃ = 1,34+0,04+0,21 = 1,59 м³.

Принимаем удельную массу слитка равной 7,8 т/м³, тогда масса слитка

Q = mV = 7,8-1,59~ 12,4 т.

При выборе мест строповки груза возникает _необходимость определить расположение центра тяжести поднимаемого груза. Если при строповке это не учитывать, то возможны аварийные ситуации, связанные с перегрузкой отдельных ветвей стропов, грузоподъемных средств; потерей устойчивости и опрокидыванием поднимаемого объекта.

Положение центра тяжести различных геометрических тел находят по координатам х_ц._Т, y_ц._т, z_ц._т, определяемым по формулам

х_цТ,=åQ_ix_i /Q , y_ц._т, =åQ_iy_i /Q z_ц._Т,=åQ_iz_i /Q

где х_ц._т, y_ц._т, z_ц._т, — расстояние от центра тяжести тела до плоскости, проходящей перпендикулярно измеряемой оси через центр координат, м; x_i,-, y_i, z_i—расстояние от центра тяжести отдельной рассматриваемой части тела до той же плоскости, м; Q — общая масса тела, т; Q_i:- — масса отдельной рассматриваемой части тела, т.

Координаты центра тяжести правильных геометрических фигур приведены в табл.1

Пример. Определим расположение центра тяжести стального слитка, изображенного на рис. 1.

Условно разбиваем слиток на три правильных усеченных конуса. По табл. 1 находим формулы, определяющие их координаты расположения центра тяжести. Плоскость отсчета принимаем проходящей через нижнее основание слитка -перпендикулярно его оси. Из предыдущего примера известно, что отдельные части слитка имеют массу q₁ = 10,45; Q₂ =0,31; Q₃=1,64 т, общая масса 12,4 т. Учитывая, что слиток симметричен относительно своей оси, определяем расположение только координаты z_цт, Координаты x_цт, у_цт будут расположены на оси. Формула для определения координаты z_цт усеченного конуса имеет вид

z_цт =h[(R²+2Rr+3r²)/(R²+Rr+r²)]/4

Рис. 1. Схема слитка

Зная, что h₁=l,7 м; R₁=0,55 м; r₁=0,45 м, имеем z₁=0,77м

Величину z₁^` до принятой плоскости отсчета определяют как разность 1,7 — z₁ = l,7 — 0,77=0,930 м. Зная h₂=0,05 м; R₂=0,55 м; г₂=0,425 м, имеем

Z₂=0,021

До принятой плоскости отсчета z₂ определяют как сумму 1,7+z₂==1,7+0,02=1,72 м.

Зная h_з=0,4 м; R₃=0,425 м; г₃=0,40 м, имеем

z₃=0,176м

До принятой плоскости отсчета zз определяют как сумму 1,7+0,05+0,176= 1,926м.

Определяем расположение центра тяжести по формуле

z_цт =(Q₁Z₁+Q₂z₂+Q₃z₃)/Q

подставляя в формулу соответствующие значения, находим расстояние между центром тяжести и началом координат

z_цт = (10,45-0,93+ 0,31-1,72+ 1,64.1,926)/12,4 = 1,081 м.

Определив расстояние центра тяжести от принятого начала координат, его переносят на поднимаемый груз и делают пометку мелом или другим способом.

Места застроповки груза должны располагаться симметрично центру тяжести таким образом, чтобы отвесная прямая, проходящая через центр тяжести, размещалась между местами застроповки. Чем больше расстояние между местами застроповки, тем устойчивее положение груза при прочих равных условиях.

На упакованных грузах расположение центра тяжести указывают на упаковке.

В тех случаях, когда конфигурация груза вызывает затруднения при расчете положения центра тяжести, а его необходимо определить, то можно использовать практический прием. После определения массы груза подбирают соответствующий строп и им приподнимают груз за один из краев. На приподнятом грузе на двух плоскостях проводят отвесные линии как продолжение ветви стропа. Затем груз опускают и приподнимают за другой конец. На тех же плоскостях снова проводят отвесные прямые. Точки пересечения отвесов определяют расположение центра тяжести определяемого груза.

В тех случаях, когда стропальщик затрудняется определить массу перемещаемого груза и расположения центра тяжести, он обязан обратиться за уточнением к своему бригадиру, мастеру или руководителю работ.

При монтаже несущих конструкций ОПЗ из двух возможных схем перемещения стрелового крана - вдоль пролетов или поперек пролетов -обычно выбирают первую, так как путь крана в этом случае гораздо короче. При монтаже стеновых панелей стреловой кран движется снаружи по периметру здания. При строительстве многоэтажных жилых и гражданских зданий башенный кран обычно передвигается снаружи здания вдоль длинной его стороны. Монтаж ведется в направлении "на кран", то есть в первую очередь устанавливаются наиболее удаленные от крана конструкции. В многоэтажных промышленных зданиях башенный или стреловой кран может перемещаться внутри здания, монтируя его на всю высоту "на себя" с постепенным выездом за пределы здания.

При совместной работе нескольких монтажных кранов схема движения разрабатывается с учетом требований техники безопасности. Здание разбивают на монтажные зоны по числу работающих кранов, в пределах каждой зоны разрешается работа только одного из них. Другой в это время должен работать в своей монтажной зоне или простаивать.

4) Рабочая привязка монтажных кранов и подъемников - это установление точного взаимного расположения возводимого здания и грузоподъемных машин. Правильная привязка обеспечивает требуемый "охват" всего объекта монтажными машинами и безопасные условия производства работ.

Рабочая привязка башенных кранов состоит в поперечной и продольной привязке крана, подкрановых путей и их ограждений.

Поперечная привязка при возведении надземной части здания заключается в определении расстояния от оси подкрановых путей до ближайшей к крану грани строящегося здания (рис.2: 1 - строящееся здание; 2 - инвентарное ограждение путей; 3 - склад; 4 - водоотводная канава). Это расстояние зависит от конструктивного исполнения крана и ширины колеи. У кранов с поворотной башней наиболее приближены к зданию поворотная платформа или нижний противовес. Привязка таких кранов осуществляется по формуле:

B = R_пов + 1_без ,

где В - минимальное расстояние от оси подкрановых путей до наружной грани здания (м );

R_пов - радиус поворотной части или противовеса, принимают по справочникам или таблице 1 (м );

1_без - минимально допустимое расстояние по горизонтали между выступающей частью крана и зданием, принимается на высоте до 2 м от уровня земли не менее 0,7 м; на высоте более 2 м - не менее 0,4 м.

Краны с неповоротной башней могут располагаться ближе к зданию, поскольку механизм поворота и противовесная консоль располагаются выше строящегося объекта. У этих кранов наиболее приближенной к зданию является ходовая часть, для них:

В = 0,5 Ьк + b + 1без ,

где Ьк - ширина колеи крана ( м);

b - величина выступающей за колею ходовой части (м),

определяется по паспорту крана или таблице 2 .

Привязку башенных и рельсовых стреловых кранов при возведении подземной части здания у неукрепленных котлованов и траншей производят исходя из глубины выемки h и вида грунта, что обеспечивает расположение машин за пределами призмы обрушения (рис.3). Безопасное расстояние по горизонтали от основания откоса выемки до оси ближайшего рельса определяется по формуле:

l_без = 1_б + 1_р ,

где 1б - минимальное расстояние от основания откоса выемки до нижнего края балластной призмы; для песчаных и супесчаных грунтов 1б > l,5h + 0,4; для глинистых и суглинистых грунтов 1б > h + 0,4(м); 1р - расстояние от нижнего края балластной призмы до оси рельса (м), определяется по формуле:

1р = (h_б + 0,05)m + 0,2 + 0,51_ш ,

hб - высота слоя балласта под полушпалами (м), зависит от вида

балласта и типа крана (таблицы 1,2);

0,05 - углубление полушпалы в балласт (м);

m - показатель крутизны откосов балластной призмы, для щебня и гравия m =1,5;

для песка и шлака т=2;

0,2 - минимально допустимое расстояние от верхнего края балластной призмы до конца полушпалы (м);

1ш - длина деревянной полушпалы, 1ш = 1,35 м.

Поперечную привязку ограждений подкрановых путей к наружному рельсу производят исходя из необходимости соблюдения безопасного расстояния между конструкциями крана и ограждением.

Для кранов с поворотной башней расстояние от оси ближнего к ограждению рельса до ограждения определяют по формуле:

L_без = (R_пов - 0,5b_к) + 0,7

При привязке ограждений башенных кранов с неповоротной башней учитывается выступающая за колею ходовая часть:

L без = b + 0,7

Крайние из этих засечек определяют положение крайних стоянок, а измеренное по чертежу в соответствии с принятым масштабом расстояние и есть 1кр. На стройгенплане крайние стоянки должны быть обозначены и привязаны к осям здания (рис.4: 1- крайние стоянки; 2 - привязка крайних стоянок к оси; 3 - контрольный груз; 4 - место установки тупика; 5 - конец рельса; 6 - база крана; 7 - шкаф электропитания ).

Длину подкрановых путей корректируют в сторону увеличения с учетом кратности длине полузвена (6,25 м). Минимально допустимая длина путей согласно правилам Госгортехнадзора составляет два звена (25 м). Таким образом, принятая длина путей должна удовлетворять условию: Ln.n = 6,25пзв > 25 м, где nзв - число полузвеньев. Например, если по расчету длина путей составляет 40 м, следует принять Ln.n=43,75 м (7 полузвеньев).

При необходимости кран может быть установлен и на одном звене, то есть на приколе. В этом случае для исключения просадки подкрановых путей звено должно быть уложено на жестком основании, например, на специальных сборных железобетонных конструкциях.

При продольной привязке ограждений подкрановых путей на стройгенплане должно быть показано место нахождения контрольного груза для проверки ограничителей грузоподъемности. При этом выдерживается минимальное расстояние 1 м :

- от конца рельса до ограждения;

от конца рельса до контрольного груза;

от контрольного груза до ограждения.

На стройгенплане показывается шкаф электропитания крана, который устанавливается за ограждением с наружной от здания стороны кранового пути.

Рабочая привязка самоходных стреловых кранов заключается в нанесении на стройгенплан осей их движения и стоянок. Установка и работа гусеничных, пневмоколесных и автомобильных кранов вблизи котлованов и траншей с неукрепленными откосами разрешается только за пределами призмы обрушения грунта. Безопасное расстояние от основания откоса выемки до оси перемещения крана 1_без определяется по формуле:

1_без = 1_оп + 0,5b_к ,

где 1оп - минимальное расстояние по горизонтали от основания откоса до оси ближайшей к выемке гусеницы, колеса или выносной опоры ( м), принимается по таблице 3;

b_к - ширина колеи крана (м), принимается по таблицам 4,5. При монтаже подземной части объекта самоходный стреловой кран обычно передвигается вдоль бровки траншеи или котлована. На выносных опорах пневмоколесные и автомобильные краны устанавливаются по направлению движения, при этом продольная ось крана совпадает с осью движения (рис.5).

Установка стрелового крана должна производиться так, чтобы расстояние между поворотной частью крана и строениями, штабелями и другими предметами было не менее 1 м [6]. Привязка крана при монтаже надземной части здания осуществляется по формуле:

В = R_пов + 1 ,

где В - минимальное расстояние от оси движения крана до наружной

грани здания (м);

R_пов - радиус поворотной части (м), принимается по табл. 4,5.

Рабочая привязка строительных подъемников производится так, чтобы основные конструкции, материалы, изделия и оборудование могли подаваться средствами горизонтального транспорта в зоны их действия без перегрузок. Стационарные подъемники обычно располагаются на границе или середине захваток, что удобно с точки зрения обслуживания грузоподъемных машин.

5) Зоны влияния определяют после привязки строительных машин с целью обеспечения требований безопасности труда. При организации строительной площадки устанавливают опасные для людей зоны, в пределах которых постоянно действуют или потенциально могут действовать опасные производственные факторы.

К зонам постоянно действующих опасных факторов относятся зоны перемещения монтажных и грузоподъемных машин, их частей и рабочих органов; зоны, над которыми происходит перемещение грузов кранами. Эти зоны во избежание доступа посторонних лиц ограждаются защитными ограждениями панельной или панель-стоечной конструкции. К зонам потенциально действующих опасных факторов относятся участки территории вблизи строящегося здания. Эти зоны для предупреждения об опасности ограждаются сигнальными ограждениями из проволоки или каната по стойкам. Защитные и сигнальные ограждения должны соответствовать ГОСТ Р 51 248 - 99. Следует устанавливать и обозначать на стройгенплане следующие опасные для людей зоны: -монтажную;

- зону обслуживания краном;

- опасную зону работы крана;

-опасную зону подкрановых путей или опасную зону поворотной платформы;

- опасную зону работы подъемника.

Монтажной зоной называют пространство, в котором возможно падение элементов при их установке и закреплении. Эта зона является потенциально опасной. Согласно действующим нормативам, границы этой зоны устанавливаются от внешнего контура здания и зависят от его высоты (табл.6; рис. 6а). В этой зоне можно размещать только монтажный механизм, складировать конструкции и материалы здесь нельзя. Проход

людей через монтажную зону к строящемуся зданию устанавливают со стороны, где не работает кран; направление прохода на стройгенплане показывают стрелками в соответствии с принятыми условными обозначениями. Места проходов через эту зону защищают сплошными навесами шириной не менее ширины входа с вылетом не менее 2 м от стены здания. На стройгенплане монтажную зону обозначают пунктирной линией.

Все рассматриваемые ниже зоны влияния относятся к зонам постоянно действующих опасных производственных факторов.

Зона обслуживания краном - это пространство, описываемое крюком крана на максимальном необходимом для работы вылете. Определяется для башенных кранов путем нанесения на план из крайних стоянок полуокружностей радиусом Rмакс и соединения их прямыми линиями (рис. 6 ). Для стреловых кранов зона обслуживания тоже определяется максимальным рабочим вылетом стрелы, но показывается по отдельным стоянкам. На стройгенплане обозначается утолщенной сплошной линией.

Опасная зона работы крана - это пространство, в котором возможно падение груза при его перемещении с учетом рассеивания при падении. Рассеивание может быть вызвано раскачиванием груза на крюке при движении крана и под давлением ветра.

Для башенных кранов границу опасной зоны Ron определяют по формуле:

Rоп = Rмакс + 0,51макс + 1без ,

где Rмакс - максимальный рабочий вылет стрелы крана ( м );

1макс - длина наибольшего перемещаемого груза (м);

1без - дополнительное расстояние для безопасной работы, зависит от высоты подъема груза и устанавливается в соответствии со СНИП [ 2 ] ( табл.6; рис.бв ).

Опасная зона подкрановых путей башенных кранов определяется при поперечной привязке ограждений ( рис.7: 1 - знак безопасности №3 на границе опасной зоны с обозначением его номера 2.7 по ГОСТу; 2 - груз; 3 - ось подкрановых путей; 4 - инвентарное ограждение подкрановых путей и знак безопасности №4 с обозначением его номера 1.3 по ГОСТу ). На стройгенплане с помощью условного обозначения показывают инвентарное сетчатое ограждение подкрановых путей с калиткой для прохода машиниста.

Зону обозначают на стройгенплане штрихпунктирной линией ( рис.бг, табл.8).

Технические характеристики строительных подъемников

Таблица 8

Опасная зона поворотной части стреловых кранов определяется по формуле:

Яоп.пов = RnoB + 1 (м),

Расчет приводится в пояснительной записке, зона на стройгенплане не показывается. На местности эту опасную зону обозначают инвентарной переставной обноской из проволоки по стойкам.

Опасная зона работы подъемника (А) - это пространство, в котором возможно падение поднимаемого груза. При высоте подъема груза Н до 20 м зону следует принимать не менее 5 м от габаритов подъемника в плане, а при подъеме на большую высоту величина зоны составляет:

А = 5 + 1/15(Н - 20)

Зону обозначают на стройгенплане штрихпунктирной линией ( рис.бг, табл.8).

6) Ограничения в работу вводят при совместном использовании на объекте нескольких кранов и при работе в стесненных условиях.

Совместная работа нескольких механизмов в одной монтажной зоне, как правило, запрещена. В случае производственной необходимости одновременная работа допускается при условии осуществления специальных мероприятий по технике безопасности.

Если краны расположены с двух сторон здания, совместная работа должна быть организована так, чтобы траектории движения их стрел не пересекались. Тогда минимальное расстояние между осями вращения кранов при их предельном сближении определяется по формулам:

- для башенных кранов

С = L_l + L₂ + 0,5 (l₁ + 1₂) + Δ₁ + Δ₂ + 2Δ_б

- для стреловых кранов

С = L_l + L₂ + 0,5 (l₁ + 1₂) + Δ₁ + Δ₂ ,

где - L₁, L₂ - вылеты стрел при совместной работе (м);

l_l, 1₂ - максимальный горизонтальный размер монтируемых конструкций (м);

Δ_1, Δ₂ - отклонение конструкций от вертикали при вращении стрелы:

Δ = 900L / (900 – ω²H) - L

ω - максимальная частота вращения поворотной части (мин ^-1) [3]; ориентировочно можно принять: для башенных кранов- ω=0,7; для гусеничных- ω=0,3; для пневмоколесных- ω=1,2; для кранов на спецшасси автомобильного типа- ω=1,6; для автомобильных кранов- ω= 2,0;

Н - высота подъема конструкции (м);

Δ_б - возможное отклонение от вертикали башни крана в результате ее податливости и уклона пути, Δ_б =0,5 м.

Пример. С двух сторон здания на монтаже плит покрытия длиной 1 = 6 м работают два башенных крана КБ-100. Вылет при совместной работе L = 20 м, высота подъема плит Н = 33 м. Максимальная частота вращения башни крана ω = 0,7 мин^-1.

Расчет: Δ = 900* 20/ (900 - О,7²х33) - 20 = 0,37 м

С = 20 + 20 + 1/2(6 + 6) + 0,37 + 0,37 + 2*0,5 = 47,74 м.

Расстояние между крюками должно быть не менее 47,74 – 20х2 = 7,74 м.

Если монтаж конструкций ведется двумя кранами, расположенными с одной стороны, то это та сторона здания, где нет входов в него. При сближении башенных кранов, установленных на общих рельсовых путях, требованиями техники безопасности предусматривается установка концевых выключателей механизмов передвижения для остановки кранов на расстоянии не менее 5 м между перемещаемыми грузами или выступающими конструкциями кранов.

При работе монтажного крана в стесненных условиях приходится вводить ограничения на определенные рабочие движения крана, например, на поворот башни во избежание проноса груза над действующей городской магистралью. Ограничения могут быть принудительными или условными, их показывают на стройгенплане или прилагаемых к нему схемах.

Принудительные ограничения зоны обслуживания применяют при работе кранов с электрическим приводом (башенных, козловых). Эти ограничения осуществляются установкой концевых выключателей, при срабатывании которых независимо от действий машиниста происходит остановка определенного механизма и исключается пронос груза в зону ограничения. На башенных кранах устанавливают концевые выключатели механизмов передвижения крана и тележки, поворота стрелы, изменения вылета. При ограничении поворота стрелы после срабатывания выключателей расстояние до зоны ограничения должно быть не менее тормозного пути стрелы крана с максимальным грузом (указан в паспорте крана, можно принять 2 м). В этом случае на стройгенплане обозначают:

- угол ограничения а, который проставляется в запрещенном секторе;

- места расположения предупреждающих знаков Ml, которые устанавливают на расстоянии тормозного пути до места срабатывания концевых выключателей;

- линию запрещающих знаков №2, устанавливаемых по контуру зоны ограничения (рис.8,9).

Условные (визуальные) ограничения зоны обслуживания применяются при работе башенных и стреловых самоходных кранов; они рассчитаны на внимание крановщика и стропальщиков. На местности зону ограничения обозначают хорошо видимыми с крана красными флажками, а в темное время суток- гирляндами из красных ламп. На стройгенплане показывают:

- места расположения предупреждающих знаков №1, которые устанавливают на расстоянии тормозного пути до линии ограничения;

- линия запрещающих знаков М2, т.е. линия ограничения, пронос груза за которую запрещен;

- запись об условиях работы крана, "крановщик обязан остановить груз, не доходя 1 метра до предупреждающего знака №1,далее до места установки груза перемещать его повторными короткими включениями ".

• ⇐ Назад
1
23