Теоретические и экспериментальные исследования показали, что причиной разрушения пакетов силикатного кирпича являются зазоры между кирпичами [1, с. 74]. Зазоры препятствуют распространению в середину пакета сжимающих сил от гибкой обвязки [1, с. 58] и способствуют образованию блока кирпичей [2].  При транспортировании происходит уменьшение зазоров, что приводит к снижению натяжения обвязки [3], а затем и к разрушению пакета. Устранить зазоры необходимо во время погрузки пирамиды кирпича грузозахватным устройством, что позволит повысить сохранность пакетов при транспортировании [1, с. 76].

Известны несколько конструкций грузозахватных устройств с уплотнением горизонтальных рядов пакета кирпича  [4, 5, 6]. Грузозахватные устройства, описанные в работах [4, 5] не обеспечивают  уплотнение нижней части пакета кирпича, а устройство [6] уплотняет только восемь горизонтальных рядов. Для уплотнения нижнего ряда требуется наибольшая сила сжатия [7]. В устройстве [6] это достигается путём увеличения силы натяжения троса, что ведёт к необоснованно завышенному сжатию верхних рядов.

Грузозахватное устройство, изображённое на рис. 1, позволяет сжимать девять горизонтальных рядов пакета кирпича (кроме верхнего), при этом нижний ряд сжимается с силой превышающей необходимую силу  в полтора-два раза [7], что обеспечивает надёжное сжатие во время подъёма  и повышает сохранность пирамиды при погрузке.

Грузозахватное устройство состоит из нескольких функциональных узлов: рамы 1, траверсы 2, захватных рычагов 3, нижних 4 и верхних 5 прижимных рамок и планка 6 с прижимами (рис. 1).

Рис. 1. Грузозахватное устройство для подъёма  пирамиды кирпича:

На раме 1 закреплены четыре шкива и установлены на осях с возможностью поворота четыре захватных  рычага 3, которые связаны попарно планками 6.

Траверса 2 имеет механизмы фиксации  соединённые с  установленными на осях крюками.  Механизмы фиксации  предназначены для автоматического фиксирования крюков  в двух положениях,  когда крюки  опущены вниз и зацеплены за петли  захватных рычагов 3 при подъёме порожнего грузозахватного устройства  и в разведённом положении при подъёме грузозахватного устройства вместе с пирамидой кирпича.

Захватные рычаги 3, соединенные попарно планками 6, содержат петли  и кронштейны, в которых имеются сквозные пазы для установки нижних 4 и верхних 5 прижимных рамок.

На планках 6 посредством шарниров 7 установлены двуплечие рычаги 8 с прижимами 9 (рис. 2).

Каждая из прижимных рамок 5 и 6 состоит из двух пластин 10 треугольной формы, жестко закреплённых на поперечных стержнях 11 (рис. 3) концы которых заходят в пазы  кронштейнов захватных рычагов 3. На поперечных стержнях 11 установлены с возможностью поворота прижимные рычаги 12, на концах которых закреплены оси 13, на которых с возможностью поворота установлены прижимы 14. На пластинах 10 закреплены шкивы 15. Нижняя 5 и верхняя 6 прижимные рамки отличаются друг от друга размером и формой пластин 10 и прижимных рычагов 12, которые зависят от формы и размеров пирамиды кирпича.

Функциональные узлы грузозахватного устройства связаны между собой тросами.

Рис. 2. Планка                                                           Рис. 3. Прижимная рамка

Каждый трос одним концом крепится на кронштейне, расположенном в нижней части захватного рычага 3 расположенного с одной стороны пирамиды кирпича, огибает шкив  нижней прижимной рамки 4 расположенной на противоположной стороне. Затем трос  охватывает шкив  верхней прижимной рамки 5, шкив  рамы 1 и крепится на траверсе 2 своим вторым концом.

Грузозахватное устройство работает следующим образом. Для установки на пирамиду кирпича  грузозахватное устройство поднимают краном за петли закреплённые на траверсе 2. При этом крюки траверсы, тянут за  петли захватные рычаги 3, поворачивают  их вокруг осей и разводят в стороны.  Прижимные рамки 5 и 4, установленные на разных захватных рычагах 3 расходятся. Расхождение захватных рычагов 3 ограничено длиной тросов.

Когда грузозахватное устройство опускают, рама 1 ложится сверху на пирамиду кирпича. Траверса 2 перемещается вниз и опирается на раму 1 посредством  механизмов фиксации. При этом крюки, поворачиваясь вокруг осей, выходят из петель  и фиксируются в таком положении. Одновременно с этим захватные рычаги 3 опускаются, и прижимы 9 и 14 прикладываются к боковым поверхностям горизонтальных рядов пирамиды кирпича.

При подъёме траверсы 2 за петли тросы  натягиваются и смещают захватные рычаги 3  и прижимные рамки 4 и 5 к центру пирамиды кирпич. При этом сжимаются те ряды кирпича, в которые упираются прижимы 9 и 14. Пирамиду кирпича  поднимают и устанавливают на поддон средства пакетирования.

Для освобождения пирамиды кирпича от грузозахватного устройства траверсу 2 опускают вниз. Она опирается механизмами фиксации на раму 1, при этом крюки  освобождаются от фиксации, опускаются и входят в зацепление с петлями захватных рычагов 3. После этого грузозахватное устройство поднимают, захватные рычаги 3 поворачиваются и разводят в стороны прижимные рамки 4 и 5, а также прижимы 9 планок 6. Грузозахватное устройство снимают с пирамиды кирпича.

Пирамиду кирпичи установленную на поддоне охватывают эластичной обвязкой и затягивают с помощью механизма натяжения [1, с. 19]. При затягивании механизма натяжения происходит уплотнение верхнего ряда пакета кирпича.

Применение данного грузозахватного устройства для формирования пакета кирпича обеспечивает отсутствие зазоров между кирпичами во всех рядах и позволяет повысить сохранность пакета во время транспортирования.

Уменьшить зазоры и повысить сохранность пакетов можно за счет дополнительной операции уплотнения пирамиды кирпича [1, 4, 5]. Поскольку формирование транспортного пакета выполняется в кузове автомобиля, то уплотнение пирамиды кирпича можно выполнять одновременно с погрузкой.

Разработано грузозахватное устройство с механизмом уплотнения пирамиды кирпича (рис. 1) аналогом которого является устройство [6].

Грузозахватное устройство, изображённое на рис. 1, позволяет сжимать все десять горизонтальных рядов пакета кирпича, при этом два нижних ряд сжимаются с силой превышающей необходимую силу в полтора-два раза [7]. В данном грузозахватном устройстве предусмотрена возможность изменения силы сжатия двух нижних рядов.  Устройство обеспечивает надёжное сжатие во время подъёма и повышает сохранность пирамиды при погрузке.

На раме 1 установлены шкивы 8, захватные рычаги 4, подъёмные рычаги 2.

Рис. 1. Грузозахватное устройство для подъёма пирамиды кирпича

Подъёмные рычаги 2 имеют петли 11 и установленные на осях 12 крюки 13, соединённые с механизмами фиксации 3. Механизмы фиксации 3 предназначены для автоматического фиксирования крюков 13 в двух положениях, когда крюки 13 опущены вниз и зацеплены за петли 14 захватных рычагов 4 при подъёме порожнего грузозахватного устройства и в разведённом положении при подъёме грузозахватного устройства вместе с пирамидой кирпича 15.

Захватные рычаги 4, соединенные попарно поперечинами 16, содержат петли 14 и кронштейны 17 и 18. В кронштейнах 17 имеются сквозные пазы 19, а в кронштейнах 18 имеются отверстия 20, в одном из которых установлен шкив 21.

Сквозные пазы 19 в кронштейнах 17 необходимы для перемещения прижимных рамок 5 и 6 относительно захватных рычагов 4, что обеспечивает независимое уплотнение горизонтальных рядов пирамиды кирпича 15 нижними 5 и верхними 6 прижимными рамками. Конструкция  прижимных рамок 5 и 6 подробно описана [6, 8].

На поперечинах 16, также как и на поперечных стержнях 23, установлены с возможностью поворота прижимные рычаги 25 с осями 26 и прижимами 27.

Тросы  одними концами 29 крепятся в нижней части рамы 1, а вторыми концами 30 крепятся на подъёмных рычагах 2. Трос, начиная с конца  29 огибает шкив 21 установленный на кронштейне 18, затем шкив 8, установленный на удлиненном кронштейне 31 рамы 1 имеющем дополнительное отверстие 32, после этого попеременно охватывает шкив 28 прижимных рамок 5 и 6 шкивы 8 и своим вторым концом 30 трос  крепится на подъёмном рычаге 2.

Отверстия 20 и 32 в кронштейнах 18 и 31 необходимы для изменения положения шкивов 21 и 8, что позволяет изменять углы наклона троса 7 охватывающего шкив 21.

Грузозахватное устройство работает следующим образом. Для установки на пирамиду кирпича  грузозахватное устройство поднимают краном за петли подъёмных рычагов. При этом крюки подъёмных рычагов, находящиеся в зацеплении с петлями захватных рычагов, тянут захватные рычаги  и разводят в стороны прижимные рамки. Расхождение захватных рычагов  ограничено длиной тросов.

Когда грузозахватное устройство опускают на пирамиду кирпича,  рама  ложится на верхний ряд пирамиды. Подъёмные рычаги  перемещаются вниз и опираются на раму  посредством  механизмов фиксации. При этом крюки подъёмных рычагов, поворачиваясь вокруг осей, выходят из петель захватных рычагов и фиксируются в таком положении. Одновременно с этим захватные рычаги  опускаются, и прижимы  прикладываются к боковой поверхности пирамиды кирпича.

При подъёме грузозахватного устройства тросы  натягиваются и посредством шкивов  смещают прижимы  к центру пирамиды кирпича  и сжимают горизонтальные ряды.

Пирамиду кирпича поднимают и устанавливают, например, в кузов автомобиля на поддон, охватывают эластичной обвязкой и формируют пакет кирпича [1, с. 19].

Для освобождения пирамиды кирпича  от грузозахватного устройства подъёмные рычаги  опускают, механизмы фиксации  опираются на раму. При этом крюки подъёмных рычагов освобождаются от фиксации, поворачиваются вокруг осей  и входят в зацепление с петлями захватных рычагов. После этого грузозахватное устройство поднимают, захватные рычаги  поворачиваются и разводят в стороны прижимы. Таким образом грузозахватное устройство снимают с пирамиды кирпича.

Применение данного грузозахватного устройства для формирования пакета кирпича обеспечивает отсутствие зазоров между кирпичами во всех рядах и позволяет повысить сохранность пакета во время транспортирования.

Установлено, что причиной разрушения пакетов силикатного кирпича, перевозимых автотранспортом, являются зазоры между кирпичами, которые препятствуют распространению в середину пакета сжимающих сил от гибкой обвязки [3, 4]. Небольшие смещения кирпичей под действием сил инерции приводят к уменьшению натяжения обвязки [5].

Устранить зазоры и повысить сохранность пакета можно путём сжатия его во время погрузки. [3, 6]. Конструкция и схема предлагаемого грузозахватного устройства приведена на рис. 1.

Грузозахватное устройство поднимают за петли подъёмных рычагов 1, при этом крюки 2 подъёмных рычагов 1 находятся в зацеплении с петлями 3 захватных рычагов 4. В результате чего захватные рычаги 4 вместе с прижимными рамками 5 и 6 разведены в стороны. Расхождение захватных рычагов 4 ограничено длиной тросов.

Затем грузозахватное устройство опускают и укладывают на пирамиду кирпича. Подъёмные рычаги 1 перемещаются вниз, ложатся на раму 7 и крюки 2 выходят из зацепления с петлями 3 захватных рычагов 4. Одновременно с этим захватные рычаги 4 опускаются, и прижимные рамки 5 своими прижимными рычагами с прижимами и прижимы захватных рычагов прикладываются к боковой поверхности пирамиды кирпича.

При подъёме рычаги 1 натягивают тросы, смещают прижимные рамки 5 к центру пирамиды кирпича и сжимают те ряды кирпича, в которые упираются прижимы. Нижний ряд сжимается прижимами, расположенными на захватных рычагах.

Рис. 1. Конструкция и схема грузозахватного устройства для пакета силикатного кирпича

Пирамиду кирпича поднимают и устанавливают, например, в кузов автомобиля. При подъёме пирамиды кирпича сжимается девять горизонтальных рядов [7, 8]. Сжатие выполняют захватные рычаги, прижимные рамки и прижимные рычаги с прижимами.

Для определения усилий в элементах грузозахватного устройства рассмотрим расчетные схемы, соответствующие моменту подъёма пирамиды кирпича (рис. 2).

Рис. 2. Расчетные схемы элементов грузозахватного устройства

При определении усилий будем считать, что грузозахватное устройство с пирамидой кирпича имеет две плоскости симметрии, силы на тросах и размеры прижимных рамок, расположенных с обеих сторон пирамиды кирпича одинаковы. Поэтому рассмотрим решение задачи как плоской.

Форма прижимных рычагов и расстояние между прижимами l_k и d_k определяются в зависимости от геометрии пирамиды кирпича. Положения шарниров А и В на прижимных рычагах (l_В и l_А)
и размеры прижимных рамок (L₁ и L₂) и их плеч (l₁ и l₂) зависят от величины сил, необходимых для сжатия рядов кирпича, и углов наклона тросов α
. Углы наклона торса α₁, α₂ и α₃ зависят от места крепления троса и положения шкивов. Они могут изменяться в небольших пределах.

Минимально необходимая величина нормальных сил для сжатия каждого ряда в отдельности определена в работе [9].

Рассмотрим взаимодействие нижней прижимной рамки (рис.2в), содержащей прижимные рычаги (рис. 2б), с пирамидой кирпича.

На прижимные рычаги со стороны пакета кирпича действуют нормальные горизонтальные силы n_i , возникающие при сжатии горизонтальных рядов пирамиды кирпича. При перемещении прижимов по граням кирпичей будут возникать силы трения F_i.

Составим уравнения равновесия сил для прижимных рычагов нижней прижимной рамки (рис.2б) и из этих уравнений найдём l_А1, l_A2, N_А1, F_А1, N_A2, F_A2. Зная l_А1 и l_A2, определим длину нижней прижимной рамки (L₁) и положение шкива (l₁).

Рассмотрим нижнюю прижимную рамку в момент полного сжатия горизонтальных рядов и определим силу натяжения троса, необходимую для обеспечения их полного сжатия. Для анализа изменения силы натяжения троса S и реакции R₁ нижней прижимной рамки зададимся значениями параметров: l₁ = 120 мм; α₂ =12º.

Зависимости силы натяжения троса S, необходимой для сжатия рядов со второго по пятый, и реакции R₁ нижней прижимной рамки без учёта веса самой рамки
показаны на рис. 3. Из графика (рис. 3) видно, что сила натяжения троса уменьшается с уменьшением угла наклона и достигает своего минимального значения при угле наклона троса α₁ =0º. При таких значениях l₁ и α₂ расстояние от осей прижимов до оси шкива (d₁) практически равно нулю.

Рассмотрим как изменяется d₁ при различных значениях l₁ и α₂. Зависимости изменения d₁ приведены на рис. 4. Увеличение угла α₁ наклона троса приводит к увеличению смещения оси шкива.

Приведенные на рис. 5 зависимости S и R₁ от величины α₂
дают возможность определить, что минимальное значение силы натяжения троса S будет при угле α₂ =0.

Рассмотрим взаимодействие захватного рычага, прижимы которого сжимают нижний ряд пирамиды кирпича. Решение уравнений равновесия позволяют установить зависимость силы N прижатия нижних прижимов от угла α₁ наклона троса и величины d смещения оси захватного рычага (рис. 6).

Графики зависимостей, приведенные на рис. 5 и 6 показывают, что при угле наклона троса α₁ =0º и минимальном значении силы натяжения троса S=6000 Н,
сила прижатия нижних прижимов N при любом смещении d оси равна 4800 Н . Эта сила в 1,2 раза больше необходимой [9], что обеспечивает надёжное сжатие нижнего ряда кирпичей.

Рассмотрим верхнюю прижимную рамку, которая сжимает 6, 7, 8 и 9-й горизонтальные ряды пирамиды кирпича. Рамка (рис.2д), содержит верхний и нижний прижимные рычаги (рис. 2б, г). На нижнем прижимном рычаге ось будет располагаться на равных расстояниях от прижимов так, как n_i =n_i+1 . Верхний прижимной рычаг имеет изогнутую форму (рис. 2г), которая зависит от положения прижимов на пирамиде кирпича. Приведенная на рис. 7 зависимость позволяет определить величину l_В плеча прижимного рычага от положения оси рычага d_в и размер L₂ верхней прижимной рамки. Положения оси рычага d_в следует выбирать так, чтобы плоскость прижимной рамки располагалась параллельно оси Y.

Проведенные теоретические исследования позволили определить, как изменяются величина плеча l₂ верхней прижимной рамки в зависимости от угла наклона троса α₂ и положения шкива (рис. 8).

Рис.9. Зависимость угла α₃ наклона троса от угла ά₂ наклона троса и силы натяжения троса S

Приведенные на рис. 9 зависимости α₃ от величины α₂ и S дают возможность определить, при какой величине углов наклона и силы натяжения троса будет обеспечена необходимая сила сжатия горизонтальных рядов, а также установить место расположения шкива на раме грузозахватного устройства.

Из анализа зависимостей (рис. 3 – 9) можно сделать следующие выводы:

1. сила натяжения троса S, необходимая для сжатия горизонтальных рядов пирамиды кирпича, будет минимальной при углах наклона троса охватывающего шкив нижней прижимной рамки α₁ =0 и α₂ =0;
   
2. полное сжатие нижнего ряда обеспечивается при угле α₁ наклона троса от 0º до 8,5º и величины смещения оси d от 0 до 0,3 м;
   
3. ось рычага d_в следует выбирать так, чтобы плоскость прижимной рамки располагалась параллельно оси Y;
   
4. установить шкивы на раме возможно при углах α₃ наклона троса от 48º до 54º;
   
5. для придания тросу, охватывающему шкив нижней прижимной рамки, угла наклон α₂
   =0 необходимо на захватном рычаге установить отклоняющий ролик.

Предложенные рекомендации учтены при создании новой конструкции грузозахватного устройства.