Грейферы широко используются для подготовки и подачи шихты на шихтовых и скрапных дворах, для работы на рудных дворах, на складах угля и т. п. материалов, подачи и уборки формовочных материалов в литейных, на лесоскладах, в сельском хозяйстве и т. д. Величина грузоподъемности крана, оборудованного грейфером, складывается из собственного веса грейфера и веса поднимаемого материала.

Грейферы по кинематическому признаку можно подразделить на канатные, соединенные с приводными лебедками с помощью гибкого органа — каната, и приводные, в которых механизм зачерпывания и опорожнения располагается непосредственно на грейфере. Канатные грейферы в свою очередь подразделяются на одноканатные и многотнатные. Приводные грейферы по типу примененного привода механизма подразделяются на электромоторные, гидравлические, электрогидравлические и пневматические.

Одноканатные грейферы могут использоваться на обычных крюковых кранах, имеющих однобарабанный привод. Они подвешиваются к крюку крана или могут быть связаны непосредственно с канатом механизма подъема: в последнем случае грейферы являются несъемными. Наиболее широко используются одноканатные съемные грейферы, позволяющие использовать кран как для работы с крюком, так и для работы с грейфером. Весь процесс работы грейфера ведется при помощи одного каната. Принцип работы такого грейфера показан на рис. 2.

Рис. 2. Схема работы одноканатного грейфера

Грейфер состоит из двух челюстей, соединенных шарнирно на нижней траверсе. Тяги соединяют челюсти с верхней траверсой. Канатом подвижная головка соединяется с верхней траверсой и со скобой, при помощи которой грейфер навешивается на крюк механизма подъема крана. В момент зачерпывания головка и траверса связаны между собой захватами, укрепленными на траверсе. При подъеме скобы происходит сближение траверсы и головки. При этом челюсти, поворачиваясь на своих шарнирах на траверсе, внедряются в материал и зачерпывают его. После того как челюсти сомкнутся, грейфер перемещается к месту разгрузки и опускается на опорную поверхность — при этом захваты раскрываются и головка отсоединяется от нижней траверсы. Затем, поднимая скобу, поднимают верхнюю траверсу что приводит к раскрытию грейфера и к автоматическому его опорожнению.

Для нового зачерпывания груза раскрытый грейфер кладут на материал, опускают головку и соединяют ее с захватами. Раскрытие грейфера можно достичь и без опускания грейфера на материал.

Рис. 3. Схема работы двухканатного грейфера

В этом случае от запорного устройства опускается вниз тросик или цепь, за которую надо потянуть, чтобы захваты отпустили головку и дали возможность челюстям раскрыться. Для увеличения зачерпывающего усилия грейфера в его конструкции предусматривается полиспаст для выигрыша в силе.

Если грейфер раскрывается на весу при помощи тросового выключающего устройства, то для снижения ударов при отключении головки от траверсы грейфера и раскрытии челюстей применяют пружинные, гидравлические или пневматические амортизаторы, В. грейферах, раскрывающихся при упоре в опорную поверхность, обеспечивается плавное и безударное раскрытие челюстей и их опорожнение над разгрузочной поверхностью на небольшой высоте; поэтому в этих конструкциях амортизаторы не требуются, материал при высыпании меньше пылит и крошится. Однако производительность таких грейферов несколько ниже, чем грейферов с выключающим устройством, так как появляется дополнительная операция по опусканию груженого грейфера до упора в материал.

Для постоянной работы кранов с грейфером применяют двух- и четырехканатные грейферы. В этом случае кран снабжают двумя механизмами — одним Для замыкающего и вторым для подъемного каната. В кинематическом отношении двух- и четырехканатные грейферы идентичны, но в двухканатных грейферах канат образует одинарный полиспаст, а у четырехканатных — сдвоенный.

Двухканатные грейферы можно использовать только при наличии специальной грейферной лебедки с двумя механизмами, барабаны которых имеют возможность независимого движения. Замыкающий канат, прикрепленный в точке А к нижней обойме, идет на барабан замыкающего механизма, а подъемный (поддерживающий) канат, прикрепленный в точке Б верхней обоймы — на барабан подъемного механизма. Двухканатный грейфер работает следующим образом: при опускании замыкающего каната и неподвижном канате челюсти грейфера раскрываются под действием собственного веса челюстей, траверсы и материала, находящегося в грейфере (положение I) и материал высыпается из грейфера. При опускании обоих канатов раскрытый грейфер опускается на материал (положение II) — при этом механизмы лебедки обеспечивают одинаковую скорость обоих канатов. Замыкание челюстей грейфера производится натягиванием замыкающего каната при ослабленном и неподвижном подъемном канате. Так как грейфер лежит на материале, то при замыкании челюстей они врезаются в материал, который собирается внутри челюстей (положение III).

При подъеме груженого грейфера подъемные и замыкающие канаты синхронно наматываются на соответствующие барабаны (положение IV). В таком виде грейфер переносится к месту разгрузки. Здесь ослабляют замыкающий канат и грейфер повисает на подъемном канате, а челюсти раскрываются и груз высыпается. Затем цикл работы повторяется сначала. В реальных конструкциях грейферов подъемные канаты крепятся к верхней траверсе грейфера, а замыкающие канаты образуют полиспаст, связывающий нижнюю и верхнюю траверсы и увеличивающий усилие зачерпывания материала челюстями.

В последнее время в связи со все большим внедрением в грузоподъемные машины гидропривода большое применение получают гидравлические грейферы, причем имеются конструкции, в которых насос с электродвигателем располагается непосредственно на грейфере, и конструкции, в которых на грейфере расположены только замыкающие гидроцилиндры, а насос с приводом располагаются отдельно от грейфера.

Процесс зачерпывания грейферами сыпучего или кускового материала, а также процесс резания грунта грейферами весьма сложен, относительно мало изучен и сопровождается сложными деформациями материала. Опущенный на материал грейфер под действием собственного веса врезается в материал; ножевые кромки челюстей, перемещаясь в материале, уплотняют его как с боков, так и под торцевой поверхностью лезвия (при наличии зубьев уплотнение материала происходит по длине челюсти неравномерно). Затем под влиянием усилия замыкающего каната начинается поворот челюстей, что одновременно приводит и к их вертикальному перемещению вниз. При этом из материала вырезается слой, объем которого ограничен контуром челюсти и глубиной ее внедрения в материал. Постепенно увеличивающийся, по мере смыкания челюстей, объем материала перемещается к середине грейфера и, встречаясь здесь с материалом, захватываемым другой челюстью, поднимается в вертикальном направлении и уплотняется в нижних слоях.

При крупнокусковом материале зубья челюстей, встречаясь с куском материала, отталкивают его в сторону наименьшего сопротивления — либо внутрь ковша, либо в пространство между кусками материала вне ковша. Перемещение вне контура челюсти приводит к уплотнению материала и к появлению реактивных сил, воздействующих на челюсть и вызывающих дополнительное усилие сжатия кусков материала, движущихся внутри контура. Нижележащие, уплотненные слои материала оказывают сопротивление дальнейшему внедрению челюстей и челюсти начинают перемещаться по пологой кривой зачерпывания.

Высота вертикального участка зависит от веса грейфера, скорости его опускания, от физико-механических свойств материала и от сил сопротивления при внедрении челюстей в материал, которые, в свою очередь, зависят от толщины и длины режущей кромки челюсти. Для очень твердых материалов этот участок может быть очень мал.

Криволинейная форма участка зависит от конструкции грейфера, от свойств материала и от усилий сопротивлений при смыкании челюстей. Если материал обладает небольшим сопротивлением, то челюсть поворачивается вокруг точки А, на нижней траверсе под действием момента, создаваемого, усилием в тяге. Верхняя траверса грейфера при этом опускается и нож челюсти перемещается по круговой кривой 1. По мере зачерпывания материала увеличивается сопротивление движению челюсти и наступает такой момент, когда усилие в тяге становится недостаточным, чтобы нож челюсти перемещался по кривой I. Тогда верхняя траверса грейфера останавливается, а нижняя траверса начинает подниматься, поворачивая челюсти вокруг точки В, и нож челюсти начинает двигаться по кривой II. При этом нож челюсти поднимается вверх, сопротивление зачерпыванию уменьшается, что дает возможность одновременного движения челюсти вокруг точек Л и В (т. е. нож челюсти движется по кривой III).

Чем легче материал и выше его сыпучесть, тем ближе кривая зачерпывания к части окружности; чем тяжелее материал, тем меньшая часть кривой

зачерпывания идет по окружности. Форма кривой зачерпывания в сильной степени зависит от собственного веса грейфера. Существенно улучшает процесс внедрения челюстей в материал применение так называемых вибрационных грейферов.

После погружения грейфера в материал на высоту А0 его челюсти стягиваются. При этом челюсти сжимают материал, выдавливая его вверх и заставляя его скользить по внутренней поверхности челюстей. Для зачерпывания материала необходимо, чтобы на режущих кромках челюстей возникла сила замыкания R, направленная по касательной к кривой зачерпывания, и достаточная для преодоления сопротивлений, возникаюших пии зачеопывании.

Рис. 4. Форма кривых зачерпывания

Сопротивление зачерпыванию W, в свою очередь, состоит из силы резания материала нижними и боковыми кромками челюстей (пропорциональной длине режущей кромки и погонной силе сопротивления резанию), из сил трения материала о наружные и внутренние поверхности челюстей, а также из усилия на выдавливание материала, сжимаемого между челюстями.

Рис. 5. Расчетная схема двухканатного грейфера

Рис. 6. Зависимость относительного усилия замыкающего каната от относительного времени зачерпывания