Специальные грузоподъемные машины. Книга 2. Грузоподъемные манипуляторы. Специальные полиспастные подвесы и траверсы. Специальные лебедки

 
 
 
 
 
Серия «Подъемно‐транспортная техника» 
 
 
 
 
 
 
 
 
СПЕЦИАЛЬНЫЕ  ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ  МАШИНЫ 
 
В девяти книгах 
 
 
Под общей редакцией доктора технических наук, 
профессора А. В. Вершинского 
 
 
 
 
 
 
Редакционная коллегия: 
А. В. Вершинский (председатель), А. П. Кобзев, А. А. Короткий,  
В. С. Котельников (зам. председателя), А. С. Липатов (зам. председателя), 
И. И. Мачульский, К. Д. Никитин (зам. председателя), А. Н. Орлов, 
В. И. Сероштан, С. А. Соколов, М. Н. Хальфин 
 
 
 
 
 
 
 
 

Министерство образования и науки Российской Федерации 
 
Сибирский федеральный университет 
 
 
 
 
 
Е. С. Кузнецов, К. Д. Никитин, А. Н. Орлов 
 
 
Серия «Подъемно‐транспортная техника» 
 
СПЕЦИАЛЬНЫЕ  ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ  МАШИНЫ 
 
В девяти книгах 
 
Книга 2 
 
ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ  МАНИПУЛЯТОРЫ. 
СПЕЦИАЛЬНЫЕ  ПОЛИСПАСТНЫЕ  ПОДВЕСЫ  И  ТРАВЕРСЫ. 
СПЕЦИАЛЬНЫЕ  ЛЕБЕДКИ 
 
 
Допущено УМО вузов РФ по образованию в области транспортных 
машин и транспортно-технологических комплексов в качестве учебного 
пособия для студентов вузов, обучающихся по специальности «Подъемнотранспортные, строительные, дорожные машины и оборудование» направления подготовки дипломированных специалистов «Транспортные 
машины и транспортно-технологические комплексы», 15.06.2010 
 
 
Под редакцией профессора К. Д. Никитина 
 
 
 
 
 
Красноярск 
СФУ 
2011 
 

 

УДК 621.87(07) 
ББК  39.12я73 
К89 
 
Рецензенты: 
В. И. Гостяев, главный конструктор ЗАО «Сибтяжмаш; 
А. П. Кобзев, доктор технических наук, профессор заведующий 
кафедрой «Подъемные и строительные машины» Балаковского института техники, технологии и управления 
 
 
 
 
 
Кузнецов, Е. С. 
К89 
 
Специальные грузоподъемные машины: учеб. пособие: в 9 кн. 
Кн. 2: Грузоподъемные манипуляторы. Специальные полиспастные подвесы и траверсы. Специальные лебедки / Е. С. Кузнецов, 
К. Д. Никитин, А. Н. Орлов / под ред. проф. К. Д. Никитина; 
Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2011. –280 с. – (Сер. Подъемнотранспортная техника / под общ. ред. А. В. Вершинского) 
ISBN 978-5-7638-1315-9 (серии) 
ISBN 978-5-7638-2338-7 (кн. 2) 
 
 
Приведены сведения о грузоподъемных манипуляторах, их назначении, 
классификации, конструктивном построении и разновидностях, сферах применения и основах расчета, также изложены необходимые сведения и понятия из области механики манипуляционных систем роботов. Во второй части 
книги рассмотрены специальные полиспастные подвесы и траверсы, специальные грузоподъемные лебедки, их назначение, области применения, устройство и разновидности; приведены основы их расчета.  
Предназначено для студентов направления подготовки дипломированных специалистов 653200 «Транспортные машины и транспортно-технологические комплексы» (спец. 170900), также может быть использовано инженерно-техническими работниками соответствующего профиля. 
 
УДК 621.87(07) 
ББК  39.12я73 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-7638-1315-9 (серии) 
ISBN 978-5-7638-2338-7 (кн. 2)                   © Сибирский федеральный университет, 2011 

ПРЕДИСЛОВИЕ 
 
 
Данное учебное пособие является составной частью серии 
«Подъемно-транспортная техника». В нем рассматривается одно из 
важнейших направлений этой дисциплины – «Специальные грузоподъемные машины», приводятся конструкции и особенности расчета 
таких представителей специальных кранов, как грузоподъемные манипуляторы, а также составных частей и компонентов специальных 
грузоподъемных кранов, таких как специальные канатные подвесы 
груза и специальные лебедки. 
Издание «Специальные грузоподъемные машины» представлено 
в девяти книгах, в которых отражены основные аспекты данной области знаний, и предназначено для студентов направления подготовки 
дипломированных специалистов 653200 – «Транспортные машины  
и транспортно-технологические комплексы» специальности 170900 – 
«Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование». 
Каждая книга имеет свое название и соответствующее содержание. 
Книга 1. Специальные грузозахватные устройства. Специальные 
мостовые краны. 
Книга 2. Грузоподъемные манипуляторы. Специальные полиспастные подвесы и траверсы. Специальные лебедки. 
Книга 3. Мостовые металлургические краны. 
Книга 4. Козловые краны и мостовые перегружатели. Краны кабельного типа. 
Книга 5. Специальные краны транспортно-складских систем. 
Специальные краны контейнерно-транспортных систем. 
Книга 6. Стреловые самоходные краны. Башенные краны. 
Книга 7. Портальные краны. Плавучие и судовые краны. 
Книга 8. Металлические конструкции специальных кранов. Автоматизированное проектирование специальных грузоподъемных 
машин. Сейсмостойкость специальных кранов. 
Книга 9. Грейферные механизмы. 
В связи с интенсивным развитием подъемно-транспортной техники, ее элементной базы, а также созданием новых видов специальных машин, погрузочно-разгрузочных и транспортных технологий 
возможно дальнейшее совершенствование издания, дополнение новыми книгами. 

Специальные  грузоподъемные  машины  

6 

Предисловие и введение написаны профессором К. Д. Никитиным, глава 1 – совместно доцентом Е.С. Кузнецовым и профессором 
К. Д. Никитиным, глава 2 – профессором А. Н. Орловым, глава 3 – 
совместно профессором А. Н. Орловым и профессором К. Д. Никитиным.  
 

ВВЕДЕНИЕ 
 
 
Важным и перспективным средством повышения эффективности подъемно-транспортных технологий являются широко применяемые, особенно в последние годы, во всем мире грузоподъемные манипуляторы, позволяющие выполнять тяжелые и трудоемкие операции в металлургии и машиностроении, обеспечивать доставку грузов 
потребителям «от двери к двери». Их применение в машиностроении, 
металлургии, строительстве, сельском хозяйстве, тепло- и атомной 
энергетике все более расширяется, поэтому в данном учебном пособии рассмотрен этот класс машин как один из характерных представителей подъемно-транспортного оборудования. 
Неотъемлемой частью специальных технологий и технологических комплексов (например, в металлургическом производстве, теплоэнергетике, атомной энергетике и др.), транспортно-перегрузочных 
потоков (например, на контейнерных терминалах), как правило, являются специальные грузоподъемные краны, оказывая существенное 
влияние на производительность, эффективность и безопасность 
функционирования подъемно-транспортных средств и производственного оборудования в целом. Вследствие специфики своей работы 
они, как правило, оснащаются специальными грузозахватными устройствами, специальными полиспастными подвесами и траверсами, специальными лебедками и другими механизмами и приспособлениями, не применяемыми обычно в кранах общего назначения.  
Повышение эффективности основного технологического оборудования требует повышения производительности кранов, которая 
достигается, как правило, за счет увеличения номинальных скоростей 
рабочих движений. Однако ускорение рабочих движений, особенно 
приводов передвижения, вызывает колебания (раскачивания) грузов 
на гибких подвесах, что вызывает дополнительные нагрузки на несущие конструкции, снижает точность операций, а, кроме того, сопряжено с необходимостью дополнительного времени для успокоения 
раскачивающихся грузов. При этом натурными исследованиями кранов с гибким подвесом груза установлено, что высокие номинальные 
скорости горизонтального перемещения груза в практике работы используются лишь в малой степени. Это происходит потому, что машинист крана, желая избежать раскачивания груза в результате уско

Специальные  грузоподъемные  машины  

8 

рения рабочих движений, использует лишь незначительную часть 
имеющейся мощности привода. 
Отсюда следует, что для увеличения производительности  
и снижения нагрузок, а значит и повышения надежности кранов  
с гибким подвесом необходимо обеспечить их перемещение с малыми 
колебаниями груза. Этот фактор имеет также социальный аспект,  
а именно: уменьшение колебаний груза при работе крана способствует снижению толчков и вибраций, воздействующих на машиниста 
крана, снижению напряженности труда и утомляемости оператора, 
улучшению условий его работы; кроме того, решение этой проблемы 
расширяет возможности использования кранов для работы в автоматических режимах в составе гибких производственных комплексов. 
Возникающие в результате подъема груза с основания (подъем  
с «подхватом»), при пусках и торможениях механизма подъема упругие колебания конструкций крана в течение некоторого времени затухают. Замедленное затухание колебаний неблагоприятно сказывается 
на работоспособности крана: во-первых, повышается динамическая 
нагруженность его звеньев, что снижает сопротивление усталости; вовторых, колебания несущей конструкции крана вызывают вибрации 
кабины управления, оказывающие на машиниста крана вредное физиологическое воздействие. Поэтому при разработке проектов и изготовлении кранов стараются применять различные устройства для 
виброизоляции и демпфирования вертикальных колебаний груза  
и всей конструкции крана, а также специальные лебедки, основные из 
которых рассмотрены в этой книге. 
 

 
 
1.  Грузоподъемные  манипуляторы 

9 

1.  ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ  МАНИПУЛЯТОРЫ 
 
 
В общем виде манипулятор – это управляемое оператором 
устройство или машина для выполнения двигательных функций, 
аналогичных действиям руки человека при перемещении объектов  
в пространстве, оснащенное рабочим органом (ГОСТ 25686–85). 
Манипуляторы используются для работы в недоступных, опасных 
или неудобных для человека условиях (например, на АЭС, в космосе, горном деле, металлургии и др.); а также могут применяться в качестве средств комплексной механизации и автоматизации основного и вспомогательного производств, в том числе и погрузочноразгрузочных, транспортных и складских работ [17]. 
Грузоподъемный манипулятор – это грузоподъемная машина, 
управляемая оператором и осуществляющая действия, аналогичные 
действиям руки человека, при перемещении грузов в пространстве. 
Использование грузоподъемных манипуляторов в промышленном 
производстве, транспортных технологиях, погрузочно-разгрузочных 
работах в последние годы благодаря их достоинствам все более расширяется, охватывает новые сферы применения. 
 
 

1.1. Общая характеристика и классификация 
 
Грузоподъемные манипуляторы составляют особую группу специальных кранов, используемых для самых различных работ. Они 
предназначены для механизации ручного труда в промышленности 
(прежде всего, в машиностроении, металлургическом производстве), 
строительстве и на транспорте [17].  
На рис. 1.1 показан грузоподъемный манипулятор, используемый для перегрузки различных хозяйственных грузов.  
Для его перемещения по рабочей площадке предусмотрены ходовые колеса, а с целью обеспечения устойчивости при работе применяется система выносных опор (аутригеров). 
Основная часть грузов во всех отраслях по количеству единиц состоит преимущественно из грузов массой 5–250 кг. Именно такие грузы 
составляют 
основную 
часть 
при 
повторяемости 
погрузочноразгрузочных и манипуляционных операций до 100 и более раз в смену.  

Специал

10 

 
Р

И

стрело
вило, 

личия
Число
бочих
а иног
но-раз
ции в
рабоч
произ

2

рабоч
ростей
невозм
вания

3

ка: ма
сто. Е
нение
или хр

льные  грузо

Рис. 1.1. Г

Использо
овых или
неэффек
1. Много
я индивид
о грузопо
х мест, п
гда до 40
згрузочн
ручную, 
ем мест
водитель
2. Гибкая
ем месте
й движен
можност
 груза от
3. Как пр
ашинист 
Если же к
е операци
ранения.

оподъемные

Грузоподъ

ование д
и консоль
ктивно по
ообразие 
дуальных
одъемны
поэтому 
0 кг и бо
ные, мани

не ожид

те, поско
ьности тр
я подвес
е неудоб
ния, необ
ти выпол
тноситель
равило, д
крана и
краном у
ий по уст

е  машины 

емный ман

для этих
ьных кра
о следую
операци
х грузопо

ых кранов

если ма

олее, рабо
ипуляцио
дая пока
ольку ож
руда. 
ка груза 
бна вслед
бходимос
лнения м
ьно разли
для выпо
и рабочий
управляе
тановке 

нипулятор

х операц
анов с ги
ющим при
ий на каж
одъемны
в в цехе 
асса груз
очему пр
онные и 
а освобод
жидание 

на крюк
дствие ра
сти в стр
манипуля
ичных ос
олнения р
й, обслуж
ет сам ра
груза на

р

ций трад
ибкой под
ичинам.
ждом раб
ых и мани

значител
за находи
риходитс

транспо

дится кра

крана п

ке для вы
аскачива
роповочн
яционных
сей). 
работы п
живающи
абочий, т
а позицию

диционн
двеской 

очем мес
ипуляцио
льно мен
ится в п
ся выполн
ортно-скл
ан, занят
приводит

ыполнени
ания груз
ных сред
х операц

привлечен
ий данно
то затруд
ю обрабо

ных мост
груза, ка

сте требу
онных ср
ньше чис
пределах 
нять погр
ладские о
тый на д
т к сниж

ия операц
за, малы
дствах, а 
ций (пово

ны два ч
ое рабоч
дняется в
отки, кон

товых, 
ак пра
ует наредств. 
сла ра5–25,  
рузочоперадругом 
жению 

ций на 
ых скотакже 
орачи
еловечее мевыполнтроля