Исследование двухканатного грейфера

Федеральное государственное бюджетное  
образовательное учреждение высшего образования
«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана 
(национальный исследовательский университет)»

С.Г. Гнездилов, А.В. Масягин

Исследование 
двухканатного грейфера

Учебно-методическое пособие

УДК 621.86.063.24
ББК 39.9-02
 
Г56

Издание доступно в электронном виде на портале по адресу 
ebooks.bmstu.press/catalog/227/book1903.html

Факультет «Робототехника и комплексная автоматизация»

Кафедра «Подъемно-транспортные системы»

Рекомендовано Научно-методическим советом  
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебно-методического пособия

Гнездилов, С. Г. 

Г56 
 
Исследование двухканатного грейфера : учебно-методи-

ческое пособие /  С. Г.  Гнездилов, А. В. Масягин. — Москва : 
Издательство МГТУ им.  Н. Э. Баумана, 2018. — 16, [4] с. : 
ил. 

ISBN 978-5-7038-5012-1
Представлены теоретические сведения о двухканатных грейферах 

и даны рекомендации по выполнению лабораторной работы, включающей 
исследование усилий в канатах двухканатного грейфера при совершении 
им рабочего цикла.

Для студентов, обучающихся в МГТУ им. Н.Э. Баумана по специ-

альности «Наземные транспортно-технологические средства» (профиль «
Подъемно-транспортные, строительные и дорожные средства и 
оборудование») и изучающих дисциплину «Методы расчета и проектирования 
наземных транспортно-технологических средств (часть 1: Грузоподъемные 
машины)».

УДК 621.86.063.24
ББК 39.9-02

 
© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018 

 
© Оформление. Издательство 

ISBN 978-5-7038-5012-1 
 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018

Предисловие

Учебно-методическое пособие предназначено для студентов 

МГТУ им. Н.Э. Баумана, обучающихся по специальности «Наземные 
транспортно-технологические средства» (профиль «Подъемно-
транспортные, строительные и дорожные средства и оборудование»). 
Изучение устройства, принципа работы двухканатного 
грейфера, а также исследование усилий в его канатах, образующихся 
при выполнении им рабочего цикла, входит в учебный 
план дисциплины «Методы расчета и проектирования наземных 
транспортно-технологических средств (часть 1: Грузоподъемные 
машины)».

Выполнение лабораторной работы позволит студентам:
– изучить устройство и принцип работы двухканатного грейфера;

– 
исследовать характер изменения усилий в канатах грейфера 

при выполнении им рабочего цикла;

– закрепить навыки записи и обработки осциллограмм.
Цель работы — изучение конструкции и принципа работы 

двухканатного грейфера, а также теоретическое и экспериментальное 
определение усилий в канатах грейфера за весь цикл его 
работы.

В теоретической части пособия перечислены основные этапы 

рабочего цикла грейфера, рассмотрены характеристики применяемых 
в грейферах лебедок.

В практической части пособия дано описание конструкции 

стенда, отмечены особенности регистрации усилий в канатах грейфера 
и скоростей вращения электродвигателей его лебедок.

Представлены требования к содержанию отчета о лаборатор-

ной работе, приведены контрольные вопросы, дан список литературы 
для самостоятельной подготовки студентов к выполнению 
лабораторной работы.

Теоретическая часть

Для перегрузки сыпучих (навалочных) грузов в качестве кранового 
грузозахватного устройства применяются грейферы. Наиболее 
широкое распространение получили двухканатные грейферы.


Представленный на рис. 1 двухканатный грейфер состоит из 

челюстей 1 с режущими кромками и зубьями, жестких тяг 2, соединяющих 
челюсти с верхней траверсой 3; нижней траверсы 8 
и полиспаста 7 с блочными обоймами на траверсах. Грейфер 
подвешивается на подъемном 6 и замыкающем 5 канатах; его 
раскачиванию препятствуют направляющие канаты 4. Все операции, 
составляющие цикл работы грейфера, осуществляются 
посредством манипулирования подъемным и замыкающим канатами.


Этапы рабочего цикла грейфера

Рабочий цикл грейфера (рис. 2) включает следующие этапы: 

опускание грейфера на сыпучий материал (рис. 2, а), зачерпывание 
материала (рис. 2, б), подъем грейфера в закрытом состоянии 
с материалом (рис. 2, в) и опорожнение грейфера (рис. 2, г). Этап 
горизонтального перемещения грейфера (с материалом либо без 
него) относится к рабочему циклу грузоподъемного устройства, на 
котором он установлен.
Опускание грейфера на материал осуществляется одновременным 
перемещением обоих канатов вниз. При продолжительном 
опускании канатов после посадки грейфера на материал срабатывает 
автоматическое выключение двигателей.
Зачерпывание материала производится посредством перемещения 
вверх замыкающего каната при ослабленном подъемном.
Подъем грейфера в закрытом состоянии с материалом выполняется 
при одновременном подъеме на одинаковой скорости замыкающего 
и подъемного канатов. В случае достижения грейфером 

крайнего верхнего положения сработает ограничитель высоты 
подъема, прекращающий подачу электроэнергии на лебедки.
Опорожнение грейфера достигается разнонаправленным перемещением 
канатов, причем замыкающий канат относительно 
подъемного должен перемещаться вниз. Чем выше скорость 
относительного перемещения канатов, тем быстрее происходит 
раскрытие челюстей грейфера. 

Рис. 1. Двухканатный грейфер

Нормальная работа грейфера характеризуется плавным раскрытием 
его челюстей без рывков и заеданий.

Рис. 2. Схема работы грейферного механизма:
а — опускание грейфера; б — зачерпывание материала; в — подъем 
грейфера; г — опорожнение грейфера; П — подъемный канат;  
З — замыкающий канат

Механические характеристики  
электродвигателей лебедки

Грейферная лебедка (рис. 3) чаще всего выполняется с раздельным 
независимым приводом и комплектуется двумя одинаковыми 
однобарабанными лебедками.

Рис. 3. Общий вид грейферной лебедки:
1 — тахогенератор; 2 — асинхронный двигатель 
с фазным ротором; 3 — барабан;  
4 — муфта; 5 — редуктор

Для обеспечения требуемой функциональности грейфера 

электродвигатели приводов его лебедки должны обладать близкими 
механическими характеристиками. Механическая характеристика (
рис. 4) асинхронного двигателя с фазным ротором имеет 
несколько искусственных характеристик (1–5) и одну естественную (
6). У разных двигателей естественные характеристики 

не совпадают, что компенсируется добавлением в цепи ротора 
сопротивлений  R1, R2,  R3 (рис. 5), от значений которых зависит 
крутизна естественной характеристики.
При зачерпывании грейфером однородного материала уси-

лие Sз в замыкающем канате возрастает по мере закрытия челюстей 
грейфера, достигая к моменту повисания на одном замыкающем 
канате значения

 
S
G
Q
з =
+
,  
(1)
где G — собственный вес грейфера; Q — вес материала в грейфере.

В период зачерпывания неоднородного материала при захвате 
грейфером крупного куска усилие в замыкающем канате может 
возрастать до значений, определяемых тяговыми возможностями 
привода лебедки. Однако эти нагрузки являются аварийными и 
в качестве расчетных не принимаются.

Рис. 4. Механические характеристики асинхронного 
двигателя, управляемого магнитным 
контроллером типа Т

По завершении операции зачерпывания материала оба механизма 
включаются на подъем. Поскольку к началу подъема в замыкающем 
канате действует усилие Sз  (определяется по формуле (
1)), а в подъемном — усилие Sп = 0,  то в соответствии с характеристиками 
двигателей скорость nп выбирания подъемного каната 
будет больше скорости nз замыкающего каната (рис. 6, а).

Рис. 5. Принципиальная 
схема включения 
асинхронного 
элек тродвигателя 
с фазным ротором
Рис. 6. К процессу выравнивания усилий 
подъемного и замыкающего канатов

Вследствие разности скоростей наматывания канатов в какой-
то момент произойдет перераспределение усилий в канатах. 
Рабочие точки на совпадающих характеристиках электродвигателей 
переместятся навстречу друг другу до полного выравнивания 
скоростей канатов. Идеального совпадения характеристик электродвигателей 
не происходит, что выражается в неполном выравнивании 
нагрузок в канатах (рис. 6, б).

Усилия в канатах грейфера

Опускание грейфера на материал. Усилия в канатах равны

S
G
п ≈
;       Sз ≈ .0

Наиболее нагруженный электродвигатель подъемного механизма, 
работая в генераторном режиме, будет иметь наибольшую 
скорость (см. рис. 4), что выразится в автоматическом закрывании 
его челюстей. Данное явление предотвращают либо увеличением 
слабины замыкающего каната перед посадкой грейфера на материал, 
либо включением в конструкцию грейферной лебедки 
дополнительной кинематической связи между барабанами.
Подъем грейфера в закрытом состоянии с материалом при равенстве 
натяжений канатов занимает значительную часть времени 
в цикле работы механизмов. Поэтому усилия, возникающие в 
подъемном Sп  и замыкающем Sз  канатах в этот период, являются 
расчетными: 

S
S
G
Q
п
з
/
≈
≈
+
(
) 2.

В расчетах грейферных канатов на прочность принимается, что 
масса груженого грейфера с независимым раздельным электрическим 
приводом равномерно распределена на все канаты и должно 
выполняться неравенство

P
k
G
Q
/
,
,
≥
+
(
)
0 5

где P — разрывное усилие каната; k — коэффициент запаса прочности (
коэффициент использования канатов), определяется в зависимости 
от режима работы механизма по ГОСТ 33710 и равен 
k = 3,15–9,00.

Опорожнение грейфера (см. рис. 2, г). При высыпании матери-

ала усилие в замыкающем канате уменьшается, а в подъемном — 
увеличивается. В подъемном канате натяжение Sп  может достигать 
величины G
Q
+
.

При работе с сырым или липким материалом его высыпание 

начинается лишь после значительного раскрытия челюстей грейфера. 
Наилучшее высыпание груза обеспечивается при резком 
раскрытии челюстей грейфера, для чего оба каната одновременно 
перемещают в противоположных направлениях.