Научная статья на тему 'Метод определения усилий в гибком элементе механизма подъема мачты с изменяемой кратностью полиспаста'

Метод определения усилий в гибком элементе механизма подъема мачты с изменяемой кратностью полиспаста Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
191
40
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
iPolytech Journal
ВАК
Ключевые слова
УСИЛИЕ В КАНАТЕ / ИЗМЕНЯЕМАЯ КРАТНОСТЬ / ПОДЪЕМНЫЙ МЕХАНИЗМ / CABLE FORCE / VARIABLE MULTIPLICITY / LIFTING MECHANISM

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Власов Юрий Алексеевич, Калиниченко Владимир Сергеевич

Существующие методы определения усилий, возникающих в стальном канате, не учитывают изменения кратности механической системы в процессе одного рабочего цикла механизма или машины. ЦЕЛЬ. Разработка расчетной схемы для определения усилий, возникающих в стальных канатах механизма подъема мачты специального пантографного подъемника с учетом изменяемой кратности механической системы в процессе одного рабочего цикла. МЕТОДЫ. В работе описан метод определения усилий, возникающих в стальных канатах механизма подъема мачты специального пантографного подъемника с учетом КПД механизма подъема и потерь в подвижных соединениях. РЕЗУЛЬТАТЫ. Разработана расчетная схема механизма подъема мачты специального пантографного подъемника. Описан алгоритм расчета усилий, возникающих в стальных канатах механизма подъема мачты. Предложенный метод определения усилий в подъемных канатах позволил выявить зависимость натяжения каната от высоты подъема мачты. Проведен анализ результатов. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Разработан метод расчета усилий, возникающих в гибком элементе механизма подъема мачты с изменяемой кратностью на каждом цикле работы. Подтверждено, что применение вспомогательных устройств позволяет значительно уменьшить усилия, возникающие в гибком элементе механизма подъема на определенно важном этапе работы.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

METHOD FOR DETERMINING EFFORTS IN THE MAST LIFTING MECHANISM FLEXIBLE ELEMENT WITH VARIED MULTIPLICITY OF THE ROPE TACKLE BLOCK

Existing methods for determining the forces arising in a steel cable do not take into account the change in the multiplicity of the mechanical system in the course of one operating cycle of the mechanism or machine. The PURPOSE of the paper is development of a calculation model for determining the forces arising in the steel cables of the mechanism lifting the mast of a special pantograph lift taking into account the variable multiplicity of the mechanical system in one operation cycle. METHODS. The paper describes the method for determining the forces arising in the steel cables of the mechanism lifting the mast of the special pantograph lift with regard to the efficiency of the hoisting mechanism and the losses in sliding joints. RESULTS. The calculation model of the mechanism lifting the mast of the special pantograph lift has been developed. An algorithm for calculating the forces arising in the steel cables of the mast lifting mechanism is described. The proposed method of determining the forces arising in the hoisting cables allowed to reveal the dependence of the cable tension on the mast lifting height. CONCLUSION. A method is developed for calculating the forces arising in a flexible element of the mast lifting mechanism with a variable multiplicity in each operation cycle. It has been proved that the use of auxiliary devices can significantly reduce the forces that arise in the flexible element of the lifting mechanism at a particularly important stage of operation.

Текст научной работы на тему «Метод определения усилий в гибком элементе механизма подъема мачты с изменяемой кратностью полиспаста»

Оригинальная статья / Original article УДК 621.85.054

http://dx.doi.org/10.21285/1814-3520-2017-12-10-21

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСИЛИЙ В ГИБКОМ ЭЛЕМЕНТЕ МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА МАЧТЫ С ИЗМЕНЯЕМОЙ КРАТНОСТЬЮ ПОЛИСПАСТА

© Ю.А. Власов1, В.С. Калиниченко2

Томский государственный архитектурно-строительный университет, Российская Федерация, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2.

РЕЗЮМЕ. Существующие методы определения усилий, возникающих в стальном канате, не учитывают изменения кратности механической системы в процессе одного рабочего цикла механизма или машины. ЦЕЛЬ. Разработка расчетной схемы для определения усилий, возникающих в стальных канатах механизма подъема мачты специального пантографного подъемника с учетом изменяемой кратности механической системы в процессе одного рабочего цикла. МЕТОДЫ. В работе описан метод определения усилий, возникающих в стальных канатах механизма подъема мачты специального пантографного подъемника с учетом КПД механизма подъема и потерь в подвижных соединениях. РЕЗУЛЬТАТЫ. Разработана расчетная схема механизма подъема мачты специального пантографного подъемника. Описан алгоритм расчета усилий, возникающих в стальных канатах механизма подъема мачты. Предложенный метод определения усилий в подъемных канатах позволил выявить зависимость натяжения каната от высоты подъема мачты. Проведен анализ результатов. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Разработан метод расчета усилий, возникающих в гибком элементе механизма подъема мачты с изменяемой кратностью на каждом цикле работы. Подтверждено, что применение вспомогательных устройств позволяет значительно уменьшить усилия, возникающие в гибком элементе механизма подъема на определенно важном этапе работы. Ключевые слова: усилие в канате, изменяемая кратность, подъемный механизм.

Формат цитирования: Власов Ю.А., Калиниченко В.С. Метод определения усилий в гибком элементе механизма подъема мачты с изменяемой кратностью полиспаста // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2017. Т. 21. № 12. С. 10-21. DOI: 10.21285/1814-3520-2017-12-10-21

METHOD FOR DETERMINING EFFORTS IN THE MAST LIFTING MECHANISM FLEXIBLE ELEMENT WITH VARIED MULTIPLICITY OF THE ROPE TACKLE BLOCK Yu.A. Vlasov, V.S. Kalinichenko

Tomsk State University of Architecture and Building, 2 Solyanaya square, Tomsk 634003, Russian Federation

ABSTRACT. Existing methods for determining the forces arising in a steel cable do not take into account the change in the multiplicity of the mechanical system in the course of one operating cycle of the mechanism or machine. The PURPOSE of the paper is development of a calculation model for determining the forces arising in the steel cables of the mechanism lifting the mast of a special pantograph lift taking into account the variable multiplicity of the mechanical system in one operation cycle. METHODS. The paper describes the method for determining the forces arising in the steel cables of the mechanism lifting the mast of the special pantograph lift with regard to the efficiency of the hoisting mechanism and the losses in sliding joints. RESULTS. The calculation model of the mechanism lifting the mast of the special pantograph lift has been developed. An algorithm for calculating the forces arising in the steel cables of the mast lifting mechanism is described. The proposed method of determining the forces arising in the hoisting cables allowed to reveal the dependence of the cable tension on the mast lifting height. CONCLUSION. A method is developed for calculating the forces arising in a flexible element of the mast lifting mechanism with a variable multiplicity in each operation cycle. It has been proved that the use of auxiliary devices can significantly reduce the forces that arise in the flexible element of the lifting mechanism at a particularly important stage of operation. Keywords: cable force, variable multiplicity, lifting mechanism

©

Власов Юрий Алексеевич, доктор технических наук, профессор, декан механико -технологического факультета, заведующий кафедрой автомобилей и тракторов, e-mail: [email protected]

Yury A. Vlasov, Doctor of technical sciences, Professor, Dean of the Faculty of Mechanics and Technology, Head of the Department of Automobiles and Tractors, e-mail: [email protected]

2Калиниченко Владимир Сергеевич, старший преподаватель кафедры строительных и дорожных машин, e-mail: [email protected]

Vladimir S. Kalinichenko, Senior Lecturer of the Department of Construction and Road Machinery, e-mail: [email protected]

For citation: Vlasov Yu. A., Kalinichenko V.S. Method for determining efforts in the mast lifting mechanism flexible element with varied multiplicity of the rope tackle block. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2017, vol. 21, no. 12, pp. 10-21. (In Russian) DOI: 10.21285/1814-3520-2017-12-10-21

Введение

Достоинствами стальных канатов, обусловившими их преобладающее применение в грузоподъемных и строительных машинах, являются плавная и бесшумная работа при любых скоростях, гибкость во всех направлениях, надежность в работе и относительно малая масса. Значительная упругость стальных канатов существенно снижает динамические нагрузки в процессе пуска и торможения благодаря демпфированию толчков, воспринимаемых металлоконструкцией машин и механизмом подъема [1-6].

Усилие, возникающее в стальном канате, является основополагающей характеристикой при исследовании и конструировании механизмов большинства подъемно-транспортных, землеройных и горнодобывающих машин. Вместе с тем определение усилий в гибких конструктивных элементах основывается на устоявшихся типовых расчетных схемах. Полиспаст-ные подвески, как правило, работают в режиме постоянной кратности или с возможностью включения дополнительной ступени, изменяющей кратность.

Расчетами и оптимизацией механизмов с гибким конструктивным элементом для типовых схем машин и оборудования занималась группа российских авторов, их достижения в данной области отражены в работе [7]. В настоящее время проявляется интерес ученых к устройствам повышения срока службы и безопасности эксплуатации тяговых канатов и устройствам защиты шахтных подъемных установок от аварийных ситуаций [8-9].

Существующие методы определения усилий, возникающих в стальном канате, не учитывают изменения кратности механической системы в процессе одного рабочего цикла механизма или машины.

Поэтому разработка расчетной схемы и метода определения усилий, возникающих в стальных канатах механизма подъема мачты для специального пантографного подъемника, являются актуальной проблемой.

Общие положения. Постановка задачи исследования

Конструктивная схема подъемника содержит следующие элементы: опорную раму и рабочую площадку, соединенные между собой шарнирно-рычажным механизмом пантографного типа; два канатных барабана, канаты от которых проходят по блокам шарнирно-рычажного механизма и закреплены на его верхних звеньях. Опорная рама выполнена в виде прямоугольной пространственной конструкции из балок, внутри которой расположен шарнир-но-рычажный механизм. С внутренней стороны на верхних балках опорной рамы установлены дополнительные блоки, также дополнительные блоки установлены на внешних сторонах нижних звеньев шарнирно-рычажного механизма. Дополнительные блоки на верхних балках опорной рамы и на внешних сторонах нижних звеньев шарнирно-рычажного механизма образуют полиспасты, а канаты от барабанов к блокам шарнирно-рычажного механизма проходят через эти полиспасты. Между блоками шарнирно-рычажного механизма и дополнительными блоками полиспастов установлены обводные блоки [10]. Основные геометрические характеристики металлоконструкции исследуемого механизма пантографного типа, состоящего из семи секций, описаны в работе [11].

Исходные весовые нагрузки на элементы конструкции подъемного механизма приведены в табл. 1. Нагрузки прикладываются к точкам центральных осей секций и центру тяжести груза (см. рис. 1).

Задача исследования заключается в разработке расчетной схемы и метода определения усилий, возникающих в стальных канатах механизма подъема мачты специального панто-

©

©

графного подъемника с учетом коэффициента полезного действия (КПД) механизма подъема и потерь в подвижных соединениях.

Таблица 1

Исходные весовые нагрузки на подъемный механизм

Table 1

Initial weight loads on the hoisting device_

Элемент конструкции / Масса, кг / Вес, Н /

Structural element Mass, kg Weight, N

Секция 1 / Section 1, 1184 11600

Секция 2 / Section 2, 1161 11380

Секция 3 / Section 3, 784 7680

Секция 4 / Section 4, 707 6930

Секция 5 / Section 5, 567 5560

Секция 6 / Section 6, 567 5560

Секция 7 / Section 7, 725 7110

Груз / weight 600 5890

Мачта в сборе/ Assembled mast 6295 61755

Примечание. В массу секции 7 включена масса площадки / Note. Mass of the platform is included in the mass of the 7' section.

Разработка метода

Разработка метода определения усилий в подъемных канатах с учетом КПД механизма подъема и потерь в подвижных соединениях выполнялась на основе равенства работ, затраченных на подъем центра тяжести мачты с грузом на высоту Sy и вытягивание каната на длину Sh, соответствующую подъему центра тяжести на Sy, с учетом работы сил трения в шарнирах и скользунах. Величины Sy и Sh вычислялись исходя из изменения расстояния между нижней осью секции 1 и верхней осью секции 7 на 1 мм (величина &8 на схеме рис. 2).

С учетом конструктивных особенностей вышки расчет усилий в подъемных канатах разбит на 3 этапа:

- расстояние между крайними верхней и нижней осями первой секции от min 270 мм до max 1260 мм (&8 = 1530-8340 мм). Расстояние 1260 мм соответствует выходу из зацепления

крайних вспомогательных подъемных роликов;

- расстояние между крайними верхней и нижней осями первой секции от min 1260 мм до max 2520 мм (&8 = 8340-16750 мм). Расстояние 2520 мм соответствует выходу из зацепления центральных вспомогательных подъемных роликов;

- расстояние между крайними верхней и нижней осями первой секции от min 2520 мм до max 4282,966 мм (= 16750-28489 мм). Подъем вышки осуществляется без вспомогательных подъемных роликов.

Обозначения величин, используемых в расчете, приведены на рис. 1-3.

Работа, затраченная на подъем центра тяжести мачты,

A = G^(y0 - y1 ) = Gz • Sy, (1)

где G - вес конструкции ножничного подъемника без базы.

Начальная высота центра тяжести конструкции

0 = G • У0 + G2 • y0 + G3 • y0 + G4 • y0 + Gs • y0 + G6 • y0 + G7 • y0 + Ga • y0 У Gv

(2)

Конечная высота центра тяжести конструкции

1 = Gt • y + G2 • yj + G3 • y3 + G4 • y4 + Gs • y + G6 • + G7 • y + Ga •

У Gv

(3)

где уг0(1) = к0т - начальное и конечное положение центра массы I -й секции мачты для 1-6

секций (в расчете принимается как расстояние от нижнего шарнира 1 -го яруса до середины I -й секции). Начальное и конечное положение центра массы 7-й секции мачты

y0(1) = k70(1) + k70(1).

(4)

О - вес /-го яруса мачты (см. табл. 1).

Работа, затраченная на уменьшение длины каната

А = 2 • РКП • (к0 - к1) = 2 • РП-Зк,

где РРП - усилие в подъемных канатах без учета трения в шарнирах и КПД механизма подъема; к, к1 - начальная и конечная общая длина каната, соответствующая высоте центра тяжести мачты у0 и у1.

Из (1) и (5) среднее усилие в канатах без учета трения в шарнирах и КПД механизма подъема (статическая нагрузка)

РКП = G •Sy/2•Sk.

(6)

Работа, затраченная на преодоление сил трения в шарнирных соединениях и скользу-нах, зависит от нагрузок в соединениях.

Расчетная схема для определения нагрузок в опорах мачты приведена на рис. 1. Нагрузки в опорах мачты, возникающие от дополнительных роликов, определяются по формулам.

1. Опоры А и D (только вертикальные нагрузки)

ПГ

RA( D )

РКП • (2 • k • (cos Д + cos ß3)) h

Ppn • ((a, s • k • (sin ß4 + sin ß6) + kl • (cos ß4 + cos ß6)))

h

P-K • ((h • (sin Д + sin Д) + 2 • k • (cos Д + cos Д )))

h ;

(7)

2. Опоры В и С (вертикальные и горизонтальные нагрузки)

nY

RB(C )

РП • ((h • (sin ß + sin A) - 2 • К • (cos ß + cos ß)))

h

PKn • ((0,5 • h, • (sin A4 + sin Аб) + К • (cos A4 + cos ß6))) ' h

PK1 • ((2 • k, • (cos ß7 + cos ß)))

h

rtb(c) = PKn • ((cos ß + cos ß3) + (cos ß4 - cos ß6)) + pn (cos ß7 - cos ß9).

(8)

Рис. 1. Расчетная схема к определению нагрузок в опорах мачты Fig. 1. Calculation model for determining loads in mast supports

На рис. 2 приведены обозначения изменяющихся в процессе подъема конструкции геометрических параметров, такие как К - межосевые расстояния до центральных осей секций, - угол наклона продольных балок секций к горизонту. Геометрические параметры

элементов мачты, используемые в расчете (см. рис. 2.), сведены в табл. 2.

Работа, затраченная на преодоление сил трения в опорном скользуне мачты (опоры

А и D)

АСК = G /4 - Rrd) + РП • sin(90 - а)) • Sh, • /"

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

(9)

где f

капролон _

= 0,124 - коэффициент трения капролона по металлу;

Sh

изменение расстоя-

ния между опорами А и В (С и D) мачты при подъеме центра тяжести мачты на ^ (см. рис. 1-2).

Работа, затраченная на преодоление сил трения в шарнирах 1-й секции мачты

+[(РКП • (cos(90 - а) + cos(270 -а2-^) - RXcО2 +

+(G /4-RrB(c) -Ркп • sin(90-а,) + sin(270-а2-щ))2]05}• d-• +

+G • cos(£, + arctg(2 • /, / /2 )) • d3 • • ,

(10)

где ^ = 100 мм - средний диаметр шарового подшипника 1-й секции мачты; = 80 мм - диаметр центральной оси 1-4-й секций мачты; 8Е, - изменение угла наклона продольных балок 1-й секции к горизонту, соответствующее подъему центра тяжести мачты на 8к; щ = 0,95 - КПД

подшипника скольжения (шарнирные соединения продольных балок секций).

Работа, затрачиваемая на преодоление сил трения во 2-6-й секциях мачты:

Аш = {[(РКП • (cos(90 - а) + cos(270 - а - а )))2 +

+((G£ - £Gm) / 4 + РКП • (sin(90 - а) + sin(270 - а} - а,)))2]0 5 +

m=1

+[(РКП • (cos(90 - а,) + cos(270 - ап -а, ))2 + ((G£ - £ Gm) / 4 - рП • (sin(90 -а,) + (11)

m=1

+ sin(270 - ап - а ))2 ]0 5} • d2 Л • (öSU + ) +

i-1 d +G - £ Gm) • cos(£ + arctg(2 • lj l2)) •• л2 • ,

m=1 2

где, I = 2, 3, 4, 5, 6 - номер секции вышки, для которой вычисляется работа; т = 1, 2, 3, 4, 5 -номера секций вышки, находящихся ниже I -й секции; ^ - вес т -й секции мачты; а. и ап -угол обхвата канатом роликов полиспаста подъема; у = 3, 5, 7, 9, 11; п = 4, 6, 8, 10, 12 - порядковые номера углов, соответствующие /-й секции (обозначения определены на рис. 3);

- изменение угла наклона продольных балок I -й секции к горизонту, соответствующее подъему центра тяжести мачты на 8к; щ = 0,95 - КПД подшипника скольжения (шарнирные соединения продольных балок секций); = 75 мм - средний диаметр шаровых подшипников 2-7-й секций мачты; - диаметр центральных осей секций мачты (для 2-4-й секций мачты; ^¡4 = ^з = 80 мм; для 5-7-й - = ^ = 60 мм).

Работа, затраченная на преодоление сил трения в 7-й секции мачты

А7ш = {[(РП • (cos(arctg(R / h)) + cos(270 - а - а)))2 +

6

+((GS -£Gm)/4 + РкП • (sin(arctg(R /h,)) +

m=1

+ sin(270 - а - а )))2 ] + [(Рк • cos(arctg(R / h )))2 + 6 d +((GS - £ Gm) / 4 - РП • (sin(arctg(R / h,))))2]0 5} • • л • (ö6 + Ö&) +

m=1 2

6d +(GZ - £ Gm) • cos(4 + arctg (2 • lj l2)) • • • ö^7

m=1 2

(12)

где а13 - угол обхвата канатом роликов полиспаста подъема 7-й секции; 8<^6, 8- изменение угла наклона продольных балок 6-й и 7-й секций к горизонту, соответствующее подъему центра тяжести мачты на 8к; п2 = 0,95 - КПД подшипника скольжения (шарнирные соединения продольных балок секций); ^ = 75 мм - средний диаметр шаровых подшипников 2-7-й

i-1

ш

секций мачты; = 60 мм - диаметр центральных осей 5-7-й секций мачты; Д = 88 мм - радиус роликов полиспаста подъема мачты.

Рис. 2. Схема геометрических изменяющихся параметров конструкции Fig. 2. Diagram of variable geometric design parameters

Усилие в канатах с учетом трения в шарнирных соединениях и скользунах

7

0,5-+ ^ AT +

p тр =

i=1

Sh

(13)

Усилие в подъемных канатах с учетом КПД полиспаста, трения в подшипниках, осях, скользунах (в процессе подъема мачты)

Р тр

Рк = ^

%n

(14)

Таблица 2

Геометрические параметры элементов мачты, используемые в расчете

Table 2

Geometric parameters of the mast elements used in calculation_

Параметр / Parameter Значение Value

Радиус роликов полиспаста подъема мачты, мм / Radius of the rope tackle block rollers of mast lifting, mm

Основные ролики / main rollers - R 88

Вспомогательные ролики / auxiliary rollers - R 99,5

Средний диаметр шарового подшипника, мм / Average diameter of the ball bearing, mm

1 -го яруса вышки - d1 / of the 1st tower level - d1 100

2-7-го яруса вышки - d2 / of the 2nd-7th tower level - d2 75

Диаметр центральных осей, мм / Diameter of the central axes, mm

1-4-й секций мачты / 1st -4th sections of the mast - йъ 80

5-7-й секций мачты / 5th -7th sections of the mast - d4 60

КПД подшипника / Bearing efficiency

Блока / of a block bearing- щ 0,975

Скольжения / of a journal bearing- щ 0,95

Длина, мм / Length, mm

Продольных балок секций / Longitudinal beams of sections - ц 4530

Короткой части продольной балки 7-й секции / Short part of the longitudinal beam of the 7th section - Ц 700

Эксцентриситет роликов полиспаста подъема относительно осей продольных балок, мм / Eccentricity of rope tackle block rollers of lifting relative to the axes of longitudinal beams, mm:

секция 1 / section 1 - ^ 135

секция 2 / section 2 - Z2 135

секция 3 / section 3 - Z3 110

секция 4 / section 4 - Z4 110

секция 5 / section 5 - Z5 102

секция 6 / section 6 - Z6 102

секция 7 / section 7 - Z7 102

Эксцентриситет шарнира крепления скользуна верхней площадки относительно оси продольной балки 7-й секции / Eccentricity of the mount pivot of the upper platform side bearer relative to the axis of the longitudinal beam of the 7th section - Z8 40

где 7 = --1 1 - КПД полиспаста (вычисляем в зависимости от высоты подъема мачты);

а.(1

а - кратность полиспаста; а = 20 - начало подъема (задействованы все вспомогательные ролики); а = 16 - задействована одна пара вспомогательных роликов; а = 14 - вспомогательные ролики не задействованы; I - число обводных роликов; t = 12 - вспомогательные

©

шт

ролики задействованы; I = 11 - вспомогательные ролики не задействованы; щ - КПД подшипника ролика.

КПД механизма подъема: щ = 0,586 - начало подъема (задействованы все вспомогательные ролики); щ = 0,615 - задействована одна пара вспомогательных роликов; щ = 0,645 - вспомогательные ролики не задействованы.

На рис. 3 приведены обозначения изменяющихся в процессе подъема мачты углов обхвата канатом роликов полиспаста подъема а, углов обхвата Д и геометрические параметры к.

й:з j _____h%

Рис. 3. Схема к определению обозначений углов обхвата канатом роликов полиспаста подъема мачты Fig. 3. Diagram for the determination of symbols for the cable wrapping angles of rope tackle block rollers of mast lifting

Результаты исследования

Проведенные исследования позволили сформировать метод расчета усилий, возникающих в гибком элементе механизма с изменяющейся кратностью на каждом цикле работы. При этом метод расчета предусматривает объединение рабочего цикла подъема, состоящего из трех этапов, соответственно:

- 1-й этап. Расчет усилий в канатах подъема вышки с вспомогательными устройствами (за центральную и крайние оси).

- 2-й этап. Расчет усилий в канатах подъема вышки с вспомогательными устройствами (за центральную ось).

- 3-й этап. Расчет усилий в канатах подъема вышки без вспомогательных устройств.

Установлено, что максимальное усилие в подъемных канатах возникает в момент выхода из зацепления крайних вспомогательных подъемных роликов и составляет р = 5460 кг

(53560 Н) с учетом КПД полиспаста и трения в шарнирах.

Предложенный метод определения усилий в подъемных канатах позволил выявить зависимость натяжения каната от высоты подъема мачты (рис. 4).

Анализируя полученные зависимости усилий в канатах, логично охарактеризовать процессы, возникающие на определенных этапах цикла подъема мачты. Предварительное натяжение канатов, то есть то усилие, которое необходимо приложить для первичного сдвига всех масс конструкции для начала подъема, составляет 2094 кг, 2321 кг и 3958 кг (в статике) с учетом трения в шарнирах и с учетом КПД полиспаста и трения в шарнирах. Первый этап подъема заканчивается при высоте подъема мачты 7234 мм и обусловлен началом выхода из работы 4-х вспомогательных обводных блоков, расположенных на верхних крайних осях первой (нижней) секции мачты, резкое возрастание усилий ограничено полным выходом из работы указанных вспомогательных блоков на высоте 8340 мм, где зафиксированы максимальные усилия в канатах, кг: 2949; 3354; 5458. Следующий этап умеренного снижения усилий продолжается до начала выхода из работы 2-х вспомогательных обводных блоков, расположенных на центральной оси первой секции на высоте 15351 мм, до полного выхода из работы указанных блоков на высоте 16750 мм, отмечено возрастание усилий в канатах, но уже незначительной амплитуды. Завершение подъема протекает практически с линейным снижением усилий в канатах соответственно до 448 кг, 506 кг и 784 кг на высоте 28489 мм.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

1530 2745 3889 5012 «125 7234 8340 9745 11148 12550 13951 15351 16750 18709 20667 22625 24582 26539 28489

Высота подъема мачты, к», мм/Lifting height of mast, к» mm Натяжение каната в статике / Натяжение каната с учетом трения в шарнирах /

Cable tension in statics Cable tension with regard to friction in hinges

Натяжение каната с учётом КПД полиспаста и трения в шарнирах /

Cable tension with regard to rope tackle block efficiency and friction in hinges

Рис. 4. Натяжение каната в зависимости от высоты подъема мачты Fig. 4. Cable tension depending on the mast lifting height

Заключение

Проведенные исследования позволили сформировать метод расчета усилий, возникающих в гибком элементе механизма с изменяемой кратностью на каждом цикле работы. Аналитически подтверждено, что применение вспомогательных устройств позволяет значительно уменьшить усилия, возникающие в гибком элементе механизма подъема на определенно важном начальном этапе работы.

1. Предложен метод определения натяжения каната для механизма подъема с изменяющейся в процессе каждого цикла кратностью полиспастной системы.

2. Показано, что предложенный метод применим для исследования закономерности возникающих усилий в канате от высоты подъема мачты специального подъемника.

3. Установлено, что максимальное усилие в подъемных канатах возникает в момент выхода из зацепления крайних вспомогательных подъемных роликов.

Библиографический список

1. Александров М.П. Подъемно-транспортные машины. М.: Высш. шк., 1985. 520 с.

2. Брауде В.И., Гохберг М.М., Звягин И.Е. Характеристики материалов и нагрузок. Основы расчета кранов, их приводов и металлических конструкций: справочник по кранам: в 2 т. М.: Машиностроение. 1988. Т. 1. 536 с.

3. Вайнсон А.А. Подъемно-транспортные машины; 4-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1989. 536 с.

4. Баловнев В.И. Дорожно-строительные машины и комплексы. 2-е изд., дополн. и перераб. Москва - Омск: Изд-во СибАДИ, 2001. 528 с.

5. Доценко А.И., Дронов В.Г. Строительные машины. М.: ИНФРА-М, 2012. 533 с.

6. Кузьмин А.В., Марон Ф.Л. Справочник по расчетам механизмов подъемно-транспортных машин. 2-е изд., перераб. и доп. Мн.: Выш. шк., 1983. 350 с.

7. Михайлов Л.К., Полянский Е.С., Торицын Л.О., Мокряк С.Я. Расчет и оптимизация гибких элементов стреловых конструкций. Томск: Изд-во ТИСИ, 1991. 131 с.

8. Павлов А.М., Дмитриев Е.А., Корняков М.В., Шевченко А.Н. Устройство для повышения срока службы и безопасности эксплуатации тяговых канатов экскаваторов-драглайнов // Вестник ИрГТУ. 2015. № 10. С. 62-66.

9. Кузнецов Н.К. Вопросы совершенствования устройств защиты шахтных подъемных установок от аварийных ситуаций // Вестник ИрГТУ. 2015. № 10. С. 67-70.

10. Патент № 2463242, Российская Федерация, МПК B66F 3/22. Подъемник / И.В. Александров, Ю.А. Бахчеев, В.А. Игнатов, С.П. Мусинов, Н.А. Попиральчик, Б.А. Соловьев; заявитель и патентообладатель ООО «Юргинский машиностроительный завод», ЗАО «Научно-производственная фирма Микран». № 2011109403/11; заявл. 11.03.2011; опубл. 10.10.2012, Бюл. № 28.

11. Ананин В.Г., Калиниченко В.С. Анализ напряженного состояния металлоконструкций подъемников ножничного типа, с точки зрения их оптимизации // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2011. № 3 (146). С. 28-29.

References

1. Aleksandrov M.P. Pod"emno-transportnye mashiny [Lifting and transport machines]. Moscow: Higher school Publ., 1985, 520 p. (In Russian)

2. Braude V.I., Gohberg M.M., Zvjagin I.E. Harakteristiki materialov i nagruzok. Osnovy rascheta kranov, ih privodov i metallicheskih konstrukcij: spravochnik po kranam [Characteristics of materials and loads. Basis for calculating cranes, their drives and metal structures: reference book on cranes]. Moscow: Engineering Publ., 1988, 536 p. (In Russian)

3. Vainson A.A. Pod"emno-transportnye mashiny [Hoisting and transport machinery]. Moscow: Engineering Publ., 1989, 536 p. (In Russian)

4. Dorozhno-stroitel'nye mashiny i kompleksy [Road construction machines and systems]. Moscow - Omsk: Siberian State Automobile and Highway Academy Publ., 2001, 528 p. (In Russian)

5. Dotsenko A. I., Dronov V.G. Stroitel'nye mashiny [Construction machinery]. Moscow: INFRA-M Publ., 2012, 531 p. (In Russian)

6. Kuz'min A. V., Maron F.L. Spravochnikpo raschetam mekhanizmovpod"emno-transportnykh mashin [Reference book on calculations of lifting and transport machine mechanisms]. Minsk: Higher school Publ., 1983, 350 p.

7. Mikhailov L.K., Poljanskij E.S., Toricyn L.O., Mokrjak S.Ja. Raschet i optimizatsiya gibkikh elementov strelovykh kon-struktsii [Calculation and optimization of flexible elements of boom designs]. Tomsk: Tomsk Civil Engineering Institute Publ., 1991, 131 p. (In Russian)

©

m

8. Pavlov A.M., Dmitriev E.A., Kornyakov M.V., Shevchenko A.N. A device to improve dragline excavator pull cable lifetime and operation safety. Vestnik IrGTU [Proceedings of Irkutsk State Technical University]. 2015, no. 10, pp. 62-66. (In Russian)

9. Kuznetsov N.K. Issues of improving hoist protection devices against emergencies. Vestnik IrGTU [Proceedings of Irkutsk State Technical University]. 2015, no. 10, pp. 67-70. (In Russian)

10. Aleksandrov I.V., Bahcheev Ju.A., Ignatov V.A., Musinov S.P., Popiral'chik N.A., Solov'ev B.A. Podjemnik [Hoisting device]. Patent RF, no. 2463242, 2012.

11. Ananin V.G., Kalinichenko V.S. The tension analysis of metal construction lift types from the point of view of their optimization. Stroitel'nye materialy, oborudovanie, tekhnologii XXI veka [Construction of the XXI century: materials, equipment, technologies]. 2011, no. 3. pp. 28-29. (In Russian)

Критерии авторства

Власов Ю.А., Калиниченко В.С. заявляют о равном участии в получении и оформлении научных результатов и в равной мере несут ответственность за плагиат.

Authorship criteria

Vlasov Yu.A., Kalinichenko V.S. declare equal participation in obtaining and formalization of scientific results and bear equal responsibility for plagiarism

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Conflict of interests

The authors declare that there is no conflict of interests regarding the publication of this article.

Статья поступила 08.11.2017 г.

The article was received 08 November 2017

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.