Такелажное оборудование и крепежные системы

Поднять, перенести, оттянуть груз в сторону волоком или на катках — все эти операции относятся к категории такелажных работ, пускай даже напрямую не связаны с понятием «такелаж», который изначально означал методы завязки канатных узлов в судоходстве. Позже он перекочевал во все сферы производства, где необходимо надежно закрепить какой-либо объект перед его перемещением.

Профессия «такелажник» требует серьезного обучения, а его работа в различных отраслях подчинена многочисленным нормативам и инструкциям. Основа такого подхода — в очевидной опасности оперирования грузами, ведь к подъемно-транспортным механизмам и машинам обращаются лишь в случаях, когда вес объекта превышает 20 кг. Сорвавшись с ненадежной строповки, он способен травмировать, покалечить или даже убить человека и привнести иные разрушения.

Специальная оснастка и крепеж — ключевые элементы, так называемая «снасть такелажа», от прочности и правильного использования которых напрямую зависит безопасность работы. И если кажется, что опытный такелажник выбирает их буквально «на глаз», нужно понимать, что за этим кроется обширный опыт и множество расчетов в прошлом, а также — существенный запас прочности в каждом из случаев.

Виды современного такелажа

Глупо и недальновидно ограничивать весь спектр такелажных работ лишь строповкой груза перед его подъемом краном или талью. В этот перечень также попадает стяжка и пакетирование (например, при лесосплаве и транспортировке металла на открытых платформах железнодорожным транспортом), закрепление при горизонтальном и наклонном перемещении.

Наиболее ярко искусство такелажа проявляется в том числе при необходимости оперировать положением объекта в подвешенном состоянии — если необходимо перевернуть груз буквально «в воздухе» и установить на место нужной стороной. Именно так зачастую происходит процесс монтажа сложных строительных конструкций или промышленного оборудования.

В такелажных работах различают следующие перемещения грузов:

• стандартный подъем и опускание;
• подъем способом поворота;
• подъем способом падающего шевра или мачты;
• подъем способом скольжения;
• подъем безъякорным способом;
• подъем стяжными полиспастами;
• подъем способом выжимания;
• транспортирование волоком или на санях;
• транспортирование на катках;
• транспортирование по рельсовым путям;
• перекатывание.

В каждом случае обязательным условием будет жесткий и всесторонний контроль каждого движения.

Такелажник за счет рационального распределения связей и ограничений, использования специализированной оснастки и особых схем строповки полностью управляет ситуацией, не допуская, чтобы груз двигался самопроизвольно — под действием силы тяжести или инерционных сил.

ГОСТ 58520-2019 устанавливает базовую классификацию технических средств, которые задействуют при проведении такелажных операций. И здесь грузозахватный инструментарий разделяют на четыре категории по принципу действия:

• зацепные (крюковые) — которые работают на удержание по схеме «крюк-петля», наиболее простые и надежные;
• фрикционные — действующие на основе возникающих сил трения;
• анкерные — представляющие собой посадку закладного элемента в полости груза;
• опорные — с размещением груза на жесткой опоре вроде платформы.

Современный такелаж в зависимости от сложности поставленных задач носит ручной, механизированный или автоматизированный характер. В каждом из случаев понадобится техника различного рода — начиная от приспособлений и заканчивая целыми самоходными машинами.

Что относят к такелажным приспособлениям:

• блоки;
• траверсы;
• полиспасты;
• домкраты;
• якоря.

Что относят к агрегатам и механизмам:

• лебедки;
• тали;
• ножничные подъемники;
• мачты;
• шевры.

Какое такелажное оборудование используют для транспортировки грузов:

• мостовые и консольные краны;
• башенные краны;
• гусеничные краны;
• железнодорожные и автомобильные краны;
• козловые краны;
• краны-трубоукладчики.

У всех упомянутых такелажных средств одна задача — перенос рабочей нагрузки с человека на металл. При этом обязательно задействуют различные схемы страховки, чтобы исключить даже мизерную вероятность, что в работе что-то пойдет не так, и груз отправится в свободное падение. Для этого используют замки, фиксаторы и тормозные устройства.

Существуют общие и отдельные отраслевые нормы на выполнение такелажных работ. В список последних попадают инструкции, предназначенные для монтажа:

• строительных конструкций;
• подземного шахтного оборудования;
• металлорежущего, кузнечного и прессового оборудования;
• металлургического оборудования;
• нефтедобывающего оборудования;
• магистральных трубопроводов;
• оборудования электростанций.

В них нет радикальных и противоречащих друг другу требований, поэтому опытный такелажник быстро переходит с одной специфики работ на другую. Но меняются нюансы — в том числе, в крепеже и оснастке.

Гибкий крепеж для такелажа

Стальные канаты

Абсолютным лидером среди всех средств, задействованных при грузоподъемных операциях, будет стальной канат. Его можно встретить практически везде: на складах торговых компаний, в цехах промышленных предприятий, в портах и на стройплощадке. Такой пример гибкого такелажа обладает оптимальным балансом между удобством в применении и надежностью.

Существует достаточно обширный перечень ГОСТов и DINов, устанавливающих требования к конструкции и выпуску стандартных канатов. В общей сумме их можно разделить на несколько категорий;

• одинарной и двойной свивки;
• с точечным и линейным касанием проволок;
• с органическим и металлическим сердечником.

Исходным материалом для изготовления такой продукции служит специальная канатная сталь. Ее поставляют в формате проволоки круглого сечения. При этом металл может быть как черным (чистым), так и оцинкованным. Иногда в работу берут и нержавеющую сталь — для особых условий эксплуатации.

Стальной канат подбирают по грузоподъемности. При этом закладывают запас прочности не менее 4 или даже 6 единиц. Эту величину рассчитывают как отношение разрывного усилия к допустимой нагрузке.

Рассматривая растяжение как основную схему нагружения каната, никогда не забывают про изгиб — он нежелателен, поэтому требует дополнительного запаса по прочности. При изгибе единичной проволоки потребуется куда меньше усилий, чтобы разрушить металл, и это же правило актуально для изделий, полученных свивкой из множества проволок.

Наглядной геометрической характеристикой грузоподъемности такелажного троса будет условный диаметр его сечения. Также обращают внимание на такой показатель, как принадлежность к маркировочной группе — она указывает на прочностные характеристики самого материала, используемого при изготовлении.

Цепи

Для простых такелажных работ на ручных талях или мостовых кранах с ручным управлением часто используют стальные цепи вместо канатов. Это вопрос банальной экономии ресурсов: на производство цепи тратится куда меньше средств и времени, чем на свивку даже самого скромного троса. Но вместе с уменьшением стоимости радикально снижается и грузоподъемность — в этом цепи намного уступают стальному канату.

Различают:

• сварные цепи — из овальных звеньев, полученных гибкой проволоки и последующей стыковой сваркой соединения. В равной степени используют калиброванные и некалиброванные изделия, коротко- и длиннозвенные;
• пластинчатые цепи — состоящие из ряда плоских пластин, соединенных парой цилиндрических осей. Каждая пластина имеет возможность некоторого поворота, чем и объясняется гибкость всего изделия в целом.

Если стальные канаты при работе наматывают на гладкие барабаны, то для перемещения цепи задействуют специальные механизмы — звездочки. Это детали, по конструкции приближенные к зубчатым шестерням, но с куда более тонкими и вытянутыми зубьями. Каждый такой элемент «нанизывает» конкретное звено цепи и утягивает его за собой при вращении.

Стропы

Для увязки и обвязки груза перед его перемещением такелажник использует специальный гибкий крепеж — стропы на основе текстильных лент или стального каната. Это готовая оснастка, на концах которой присутствуют удобные захватные части и элементы для последующей стыковки с крюком крана или петлями на самом грузе. Иногда стропы называют чалками, но в официальном техническом лексиконе такой термин не прижился.

На одной стропе может быть одна, две, три или четыре ветви. Изделия первого типа предназначены для максимально простых случаев и небольших объектов. Распределение же захвата на несколько ветвей позволяет снизить нагрузку на каждую и симметрично удержать груз в пространстве.

Стальные стропы выпускают по ГОСТ Р 58753-2019. Основой для изготовления служит металлический трос двойной свивки. Его концы загибают в петли, используя для этого заделку заплеткой или опрессовку алюминиевой втулкой.

Текстильные стропы делают на основе искусственных материалов. Они выдерживают меньший вес, но в большей степени подходят для работы в условиях складских или торговых площадей. Такую продукцию изготавливают по ГОСТ 34875-2022, разделяя общий выпуск на несколько категорий:

• из текстильных канатов;
• круглопрядные;
• ленточные (в том числе транспортные, пакетирующие и специальные).

В ряде случаев, помимо текстильных строп, для крепления сравнительно легких малогабаритных грузов используют специальные стяжные ремни. Широкого распространения они не приобрели, как и прямого указания на их использование в нормативной документации. Это связано с достаточно быстрым износом и низкой надежностью.

Одноветвевые стропы допустимо использовать при прямом подъеме, на затяжной петле («на удавку») и с корзинной строповкой. Во всех остальных случаях, когда груз допускает захват за несколько точек одновременно, выбирают многоветвевую оснастку.

Жесткий крепеж для такелажа

Канатные зажимы

Использование специальных зажимов позволяет сформировать на конце каната захватную петлю, завязать узел при подвешивании блоков или выполнить надежное крепление троса к блоку полиспаста. Это приспособления, которые обеспечивают силовую стяжку без расплющивания, контактной деформации или повреждения проволок.

Различают зажимы нескольких типов:

• винтовые классические;
• с зубчатым корпусом (вилкой);
• клиновые;
• с прижимными планками (одно- и двухгнездовые);
• цанговой конструкции.

Количество и схему установки канатных зажимов подбирают, ориентируясь на геометрические параметры самого каната. Так для изделий с диаметром сечения 8,7 мм понадобится три зажима, которые распределяют с дистанцией 70 мм между соседними элементами. Чтобы закрепить трос на 34 мм, нужно уже семь зажимов, а их ставят с шагом 230 мм.

Основную нагрузку здесь воспринимают резьбовые элементы — метизы наподобие стандартных болтов или шпилек. Их затяжкой слесарным инструментом и обеспечивается требуемое усилие закрепления узла. Все детали комплекта изготавливают из сталей, причем выбор конкретной марки зависит от схемы работы устройства. Так простейшие зажимы с прижимными планками делают из стандартных углеродистых сталей. А вот цанговый узел потребует в том числе применения сплавов с пружинящими свойствами, после закалки до высокой твердости.

Звенья для строп

Для оснащения гибких такелажных строп используют специальные захватные элементы, форма и размеры которых подобраны таким образом, чтобы выдержать расчетную нагрузку без деформации. При этом следует обеспечить удобство присоединения при строповке.

Звенья бывают:

• неразъемные (сварные);
• разъемные (с фиксирующими элементами);

В первом случае изделия получают штамповкой из круглой стальной проволоки. Стык заваривают. Такое звено имеет простейшую замкнутую конструкцию наподобие петли. Его используют для набрасывания кранового крюка, гака талрепа или карабина.

Разъемные звенья выполнены более сложными. Их дополняют вспомогательными деталями, которые помогают «замкнуть» изделие перед работой и «открыть», когда понадобится разобрать узел. В число таких фиксирующих элементов попадают:

• ограничители;
• планки;
• гайки;
• кольца;
• полумуфты;
• упоры.

По форме профиля звено для стропы изготавливают треугольным, овальным или овоидным. Также есть прецеденты штамповки изделий по контуру ромба, но широкого распространения они не приобрели и не нашли отражения в национальных стандартах.

Скобы и карабины

Такелажные работы требуют широкого применения различных присоединительных деталей. В этот же список попадают скобы и карабины. Первые имеют условно замкнутую конструкцию, тогда как вторые позволяют быстро разомкнуть контур — на короткое время, необходимое для накидывания крепежа на петлю рым-болта или звено стропы.

Грузозахватные скобы выпускают в трех вариантах:

• U-образные;
• омега-образные;
• С-образные с накладными планками.

Принято считать, что нагрузку в равной степени воспринимает как изогнутая штампованная дужка скобы, так и палец, ее замыкающий. В реальности следует придерживаться схем нагружения, когда вес груза распространяется исключительно на дужку. Перенос усилия на палец нежелателен, однако не исключен — это возможно с переворотом или проскальзыванием скобы при строповке.

Чтобы зафиксировать палец в дужке и предотвратить его возможный уход из отверстия, в конструкции закладывают гайку и шплинт. Первая — непосредственно тормозит деталь при осевом смещении, второй — не позволяет гайке двигаться по резьбе и самопроизвольно раскручиваться, когда на узел действует ударная или вибрационная нагрузка.

Стандартная крепежная скоба способна выдержать от 100 кг до 55 тонн. Их часто выполняют оцинкованными. Такое покрытие позволяет избежать появления ржавчины на стали, но в процессе эксплуатации металл всё равно обнажается из-за постоянного истирания по линиям нагружения.

Карабины для грузовых операций выпускают по DIN 5299C. Их редко используют в промышленной сфере, но можно встретить на складах и торговых площадках, где оперируют сравнительно малыми грузами, а действовать надо быстро. Такая оснастка рассчитана на вес от 30 до 500 кг, при этом для самые «легкие» изделия изготавливают с диаметром сечения 4 мм, а самые «тяжелые» — уже 15 мм.

Характерной чертой карабина будет наличие подпружиненного замка-язычка, который уходит вовнутрь при набрасывании крепежа на петлю и не раскрывается при попытке разомкнуть контур изнутри. Часто язычок дополнительно фиксируют накидной гайкой. Ее выполняют с накатанным рифлением на наружной поверхности — чтобы легко можно было затянуть пальцами.

Вертлюги

При строповке часто возникает проблема, когда инерционное вращение груза при перемещении усложняет работу гибкого крепежа. Или же наоборот — стандартная оснастка удерживает объект в однозначном пространственном положении, тогда как нужно обеспечить возможность вращения вокруг определенной оси. Для двух столь разных задач общим решением будет применение вертлюга.

Это изделие можно назвать двумя скобами, сопряженными по гладкой оправке. Одна деталь имеет цилиндрический хвостовик, входящий в отверстие второй и зафиксированный от выпадения. Так обе части узла сохраняют возможность перемещения друг относительно друга. Чаще всего это вращение, реже — еще и наклон.

Вертлюги выпускают в двух базовых вариантах:

• петля-петля;
• петля-вилка.

В обоих случаях изделие собрано с достаточно большим зазором, чтобы исключить любой риск заклинивания. Можно даже сказать, что обе части устройства откровенно «болтаются» друг на друге, но именно этого эффекта и добиваются конструкторы.

Расчет нагрузок на такелажную оснастку

Подбору или проектированию такелажной оснастки обязательно предшествует расчет допустимых нагрузок. Этого требуют все нормативные акты и инструкции к грузоподъемным операциям.

За основу берут ориентировочную величину максимальной эксплуатационной нагрузки — наибольшего веса, который планируют поднимать или тянуть с помощью такого крепежа. По отношению к этой величине закладывают запас прочности.

Результатом расчета должны стать конструктивные характеристики отдельных элементов оснастки с учетом прочностных характеристик материалов, из которых их планируют изготовить. По тому же принципу рассчитывают машиностроительный, строительный и автомобильный крепеж.

Общая схема проектного расчета идет от большего к меньшему. Сначала считают нагрузки, приходящиеся на мачту или траверсу, затем — на блок полиспастов. Финальный этап подразумевает переход на частные детали нагруженных узлов.

Как рассчитывают гибкие элементы такелажной оснастки:

• стропы — на нагрузку, приходящуюся на каждую ветвь;
• стальные канаты — на растяжение с учетом возможного изгиба;
• цепи — на разрушающую продольную нагрузку (пластинчатые — еще и на срез крепежных осей) и слизывание зубьев звездочек.

Расчет жесткой оснастки можно рассмотреть на примере обычных скоб. Для них порядок действий имеет следующий вид:

1. Определяют нормальное напряжение растяжения, исходя из максимально допустимого эксплуатационного усилия (веса груза) и площади сечения металла на дужке.
2. Сравнивают полученное значение с допустимым табличным.
3. Определяют изгибающий момент для случая, когда нагрузка приходится на палец, замыкающий дужку.
4. Определяют напряжение, при котором возможен срез пальца.
5. Рассчитывают минимально допустимый диаметр пальца, исходя из расчетных данных по изгибу и срезу.
6. Определяют напряжения от смятия на дужках около отверстий, в которых размещен палец.
7. Рассчитывают минимально допустимую толщину бобышек на внешней стороне дужки, при которой смятия под нагрузкой не произойдет.

В итоге получают точную картину геометрии скобы.

Вести полный проектный расчет всех конструктивных параметров такелажной оснастки имеет смысл, когда вы планируете нечто совершенно особенное и специфичное, не имеющее аналогов на рынке. Во всех остальных случаях, если вашим целям полностью подходит стандартный крепеж вроде скоб, карабинов и строп, то разумно просто воспользоваться ГОСТом или каталогом конкретного производителя — под определенную грузоподъемность уже заложены требуемые параметры с серьезным запасом прочности.

Заключение

Такелажные работы попадают в поле зрения контролирующих органов едва ли не самыми первыми, когда дело доходит до проверки того или иного строительного, складского или промышленного объекта. Этим занимаются специализированные органы надзора, чье внимание коснется и аттестации такелажников, и состояния оснастки, и непосредственно набора технического оснащения для реализации всех видов грузовых работ.

Подбор крепежа для перемещения различного рода грузов — вопрос крайне ответственный и требующий вдумчивого подхода. Здесь следует руководствоваться отраслевыми нормативами и инструкциями, ни на шаг не отступая от предписаний. Любое пренебрежение правилами чревато весьма трагичными последствиями.

Приобретая крепеж и оснастку для такелажных работ, обязательно ознакомьтесь, на какой ГОСТ или DIN ссылается производитель при изготовлении, позаботился ли о защите от коррозии, насколько качественно законсервировал металлические крепежные изделия для хранения и транспортировки. Мелочей здесь быть не может — на кону безопасность людей и сохранность грузов.