Центр тяжести (ЦТ) груза — это точка приложения равнодействующей всех сил тяжести, действующих на отдельные элементы и части поднимаемого объекта.

В промышленном такелаже и крановых операциях подавляющее большинство перемещаемых объектов являются асимметричными (станки, насосно-компрессорные агрегаты на общих рамах, силовые трансформаторы, двигатели в сборе с редукторами, технологические емкости со смещенными люками и патрубками). У таких грузов фактический центр тяжести никогда не совпадает с геометрическим центром корпуса.

Подъем груза со смещенным центром тяжести стандартным симметричным стропом приводит к резкому самопроизвольному наклону в момент отрыва от площадки, соскальзыванию ветвей стропа, колоссальному динамическому перегрузу отдельных строповых элементов и аварийному падению груза.

В данной статье разобран физический механизм опрокидывания, три инженерных метода определения координат центра тяжести и способы строповки асимметричных грузов в соответствии с нормами промышленной безопасности РК (Приказ Министра по инвестициям и развитию РК № 359, ГОСТ 14192-96 и ТР ТС 010/2011).

1. Физика устойчивости: почему крюк крана обязан быть над центром тяжести

Основной закон статического равновесия подвешенного тела гласит: подвешенный на гибких стропах груз находится в состоянии устойчивого равновесия только тогда, когда его центр тяжести (ЦТ) лежит строго на вертикальной оси, проходящей через опорную точку крюка крана, и расположен ниже этой точки.

Крюк не над центром тяжести: сначала момент, потом крен e ось крюка не совпала с ЦТ момент опрокидывания M = Q · e плечо e — смещение крюка от ЦТ груз ветвь провисла ветвь тянет весь груз груз доворачивается ЦТ под крюк вторая ветвь разгружается до нуля Пока ЦТ не встанет под крюк, груз будет крутиться: строп сползает, проушину рвёт рывком

Механика развития аварийной ситуации:

  1. Возникновение опрокидывающего момента: Если крюк крана установлен по геометрическому центру ящика или рамы, а фактический центр тяжести смещен в сторону на величину эксцентриситета e, то в момент натяжения стропов возникает момент:

M_ / (опр) = Q · e

где Q — масса груза, e — плечо смещения центра тяжести.

  1. Самопроизвольный разворот и крен в воздухе: При отрыве от земли груз мгновенно поворачивается вокруг продольной или поперечной оси до тех пор, пока точка ЦТ не окажется точно на вертикали под крюком.
  2. Катастрофическое перераспределение нагрузки:
  • Ветвь стропа со стороны смещенного центра тяжести перегружается, воспринимая от 80% до 100% полной массы груза;
  • Противоположная ветвь стропа полностью теряет натяжение (провисает), крюк выходит из зацепления с проушиной, или петля соскальзывает с гладкого корпуса;
  • Возникает динамический рывок, разрушающий перегруженную ветвь.

2. Три инженерных метода определения центра тяжести

Три способа найти центр тяжести перед строповкой:

  1. Документальный — знак «центр тяжести» по ГОСТ 14192-96 и ISO 780 на таре, заводская маркировка и схема строповки в паспорте.
  2. Аналитический расчёт — по массам узлов: Xцт = Σ(mi·xi) / Σmi и Yцт = Σ(mi·yi) / Σmi, где mi — масса узла, xi и yi — координаты его собственного центра.
  3. Пробный отрыв — подъём на 100–200 мм с фиксацией тормозом крана и замером горизонта груза.

Метод 1. По заводской маркировке и паспорту оборудования

  • В соответствии с ГОСТ 14192-96 и международным стандартом ISO 780 на таре, упаковочных ящиках и негабаритных станках со смещенным центром тяжести наносится манипуляционный знак «Центр тяжести» (символ ⊕):
Знак «центр тяжести» по ГОСТ 14192-96 и ISO 780 знак наносят на тару с двух сторон по нему ставят крюк и ведут строповку перекрестие показывает проекцию ЦТ на боковую и торцевую стенки упаковки Если знака нет, а масса больше тонны — ЦТ считают по узлам или ищут пробным отрывом
  • На упаковочном ящике знак наносится краской на боковые и торцевые стенки. Крюк крана при застропке должен устанавливаться строго по вертикальной линии, проходящей через знак ⊕.

Метод 2. Аналитический расчет координат ЦТ для составных конструкций

Если маркировка отсутствует, а груз представляет собой рамную конструкцию с несколькими массивными узлами (например, компрессорная станция, насосный блок), положение центра тяжести рассчитывается по формуле центра параллельных сил:

X_ / (цт) = (Σ (m_i · x_i) / Σ m_i) = (m_1 · x_1 + m_2 · x_2 + ... + m_n · x_n / m_1 + m_2 + ... + m_n)

Y_ / (цт) = (Σ (m_i · y_i) / Σ m_i)

где m_i — масса каждого отдельного узла, x_i, y_i — координаты геометрического центра массы соответствующего узла относительно выбранной базовой точки (левого угла рамы).

Пример: насосно-моторный агрегат на раме длиной 3,0 м

УзелМасса m, кгКоордината x, мМомент m · x, кг·м
Стальная рама4001,50600
Электродвигатель12000,80960
Чугунный насос24002,405760
Итого4000—7320

Координата центра тяжести: Xцт = 7320 / 4000 = 1,83 м.

Геометрическая середина рамы приходится на отметку 1,50 м, а фактический центр тяжести смещён к насосу на 1,83 м — эксцентриситет e = 0,33 м. Крюк крана ставят над отметкой 1,83 м, иначе агрегат пойдёт с креном.

Насосный агрегат: геометрия рамы против фактического ЦТ двигатель 1200 кг насос 2400 кг рама 400 кг 0,0 м 1,0 м 2,0 м 3,0 м середина рамы 1,50 м фактический ЦТ 1,83 м e = 0,33 м X ЦТ = Σ(m · x) / Σm = 1,83 м при полной массе 4000 кг крюк ставят над отметкой 1,83 м а не над серединой рамы Тяжёлый чугунный насос перетягивает ЦТ на треть метра от геометрического центра рамы

Метод 3. Практический метод пробного отрыва (Правило 100–200 мм по ПБ РК)

Если точные массы узлов неизвестны:

  1. Кран центрируется над предполагаемым центром тяжести, стропы заводятся в штатные проушины.
  2. По сигналу стропальщика крановщик на минимальной посадочной скорости приподнимает груз на высоту 100–200 мм от земли.
  3. Подъем останавливается, кран ставится на тормоз.
  4. Стропальщик производит визуальный осмотр:
  • Проверяется горизонтальность груза (крен не должен превышать допустимые 2°...3°);
  • Проверяется натяжение каждой ветви стропа (все ветви должны быть натянуты как струна, провисание ветвей запрещено);
  • Проверяется надежность сцепления крюков с проушинами.
  1. Если зафиксирован перекос груза: груз немедленно опускается обратно на площадку! Производится перестроповка с регулировкой длины ветвей.

Подобрать оборудование под вашу задачу

Нажимая кнопку, вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности.

3. Технические способы строповки грузов со смещенным центром тяжести

Для надежного удержания горизонтального положения асимметричного груза применяются четыре инженерных решения:

Способы выравнивания асимметричных грузов:

  • Разнодлинные стропы — длины ветвей L1 ≠ L2 подбирают под смещённый центр тяжести.
  • Цепные укоротители — крюки-укоротители на цепном стропе класса 8 или 10, шаг регулировки — одно звено.
  • Регулируемая траверса — переставная проушина на зубчатой рейке или винтовой балансир.

1. Применение стропов разной длины (Разнодлинные ветви)

При известном положении центра тяжести длины ветвей двухветвевого стропа L_1 и L_2 рассчитываются так, чтобы вершина треугольника подвеса (крюк) находилась строго на одной вертикали с точкой X_ / (цт):

L_1 = √{H2 + x_ / (цт)2

L_2 = √{H2 + (B - x_ / (цт))2

где H — высота крюка над плоскостью застропки, B — расстояние между проушинами груза.

2. Цепные стропы 8 и 10 класса прочности с крюками-укоротителями

Самый гибкий, быстрый и точный способ выравнивания груза на стройплощадке или в цехе:

  • На каждой ветви цепного стропа (2СЦ или 4СЦ) установлен специальный кованый крюк-укоротитель (clevis grab hook).
  • Стропальщик может за секунды уменьшить длину любой ветви стропа на любое целое число звеньев цепи (шаг регулировки от 20 до 50 мм в зависимости от калибра цепи 6–16 мм).
  • Регулировкой звеньев достигается идеальное горизонтальное положение груза даже при сложном трехмерном смещении центра тяжести.

3. Траверсы с регулируемой центральной проушиной

Для крупногабаритных станков и агрегатов массой от 5 до 50 тонн применяются специальные монтажные траверсы:

  • Траверсы с зубчатой гребенкой: центральная проушина под крюк крана фиксируется в одном из 5–15 пазов гребенки со смещением от геометрического центра;
  • Траверсы с винтовым или реечным балансиром: перемещение проушины осуществляется вращением винтового шпинделя или гидроцилиндром прямо под нагрузкой.

4. Правила безопасности при подъеме грузов со смещенным ЦТ

В соответствии с требованиями Закона РК «О гражданской защите» и Приказа Министра по инвестициям и развитию РК № 359:

Правила безопасности при подъёме асимметричных грузов.

  1. Обязательные оттяжки. Грузом управляют только гибкими канатными оттяжками длиной не менее 5 м (пенька, капрон).
  2. Запрет ручного труда. Удерживать или направлять поднимаемый груз руками категорически запрещено.
  3. Зона безопасности. Стропальщик отходит за пределы радиуса падения: R = Hотрыва + 2 м.
  4. Исключение кантования подручным. Выравнивать крен груза ломами, подвешенными предметами или дополнительными грузами запрещено.

5. Такелажное оборудование от ИП «Казмеханика»

Предприятие ИП «Казмеханика» поставляет полный спектр сертифицированного грузоподъемного оборудования для безопасного подъема сложных и асимметричных грузов по всему Казахстану:

  • Цепные стропы 8 и 10 класса прочности (1СЦ, 2СЦ, 3СЦ, 4СЦ): грузоподъемность от 1,12 до 45,0 тонн, укомплектованные встроенными крюками-укоротителями для быстрой регулировки длины ветвей;
  • Балансирные и регулируемые траверсы: линейные и пространственные траверсы с переставными проушинами и винтовой регулировкой центра тяжести;
  • Блоки монтажные и балансирные: для строповки грузов со смещением точек подвеса;
  • Электрические канатные и цепные тали: стационарные и передвижные тельферы грузоподъемностью от 0,5 до 20 тонн с микроскоростями подъема для высокоточного монтажа оборудования.

Вся продукция ИП «Казмеханика» сопровождается паспортами качества, инструкциями по эксплуатации и сертификатами соответствия требованиям ТР ТС 010/2011.

Электрические тали (электроталь)

Весь раздел →