МОДЕРНИЗАЦИЯ СТРЕЛОВОГО УСТРОЙСТВА КРАНА-ДЕРРИКА КД30/50 Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Известия ТулГУ. Технические науки. 2021. Вып. 3 УДК 621.86 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-3-152-156

МОДЕРНИЗАЦИЯ СТРЕЛОВОГО УСТРОЙСТВА КРАНА-ДЕРРИКА КД30/50

П.В. Витчук, ПР. Гнатюк, НА. Витчук, Г.В. Шадский

Стреловое устройство крана-деррика КД30/50 не уравновешено относительно оси качания стрелы. Это негативно сказывается на его производительности. С целью улучшения производительности крана предложено оборудовать его стреловое устройство уравнительным полиспастом. Приведен расчет статической мощности двигателя механизма подъема стрелы, а также траектории движения груза стрелы без уравнительного полиспаста и с уравнительным полиспастом. Доказана эффективность использования уравнительного полиспаста в стреловом устройстве крана.

Ключевые слова: кран-деррик, стрела, уравнительный полиспаст, траектория передвижения груза, проектирование, оптимизация.

Кран-деррик КД 30/50, разработанный кафедрой «Подъемно-транспортные системы» КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана совместно с инженерным центром Горного института МИСиС, является основной перегрузочной машиной в схеме комплексной механизации разработки гранитных и мраморных блоков. Кран осуществляет подъем и опускание гранитных и мраморных блоков в диапазоне отметок от +42 м до -30 м и их перемещение в секторе 220° [1].

Основные параметры крана: длина стрелы Ьс = 50 м, высота колонны И = 24,5 м, грузоподъемность Q = 30 т, масса стрелы Qc = 13,4 т, кратность грузового полиспаста I = 10, кратность полиспаста механизма подъема стрелы

ип = 18.

Стреловое устройство рассматриваемого крана не уравновешено относительно оси качания стрелы. Это негативно сказывается на его производительности, поскольку изменение вылета стрелы выполняется с грузом при сравнительно высоких скоростях его горизонтального перемещения и, как правило, совершается в каждом цикле работы крана. С целью улучшения производительности крана предлагается оборудовать его стреловое устройство уравнительным полиспастом.

Определим основные характеристики механизма подъема стрелового устройства для текущего его исполнения (не уравновешено) и предлагаемого (с уравнительным полиспастом) на основе зависимостей, изложенных в [2-9], а также методики оптимального проектирования прямых уравновешенных стрел с уравнительными полиспастами [10]. Основные геометрические параметры стрелового устройства крана-деррика, используемые в расчетах, изображены на рис. 1.

КПД полиспаста

1 -г^п 1 -0 9818

Го =гбл-^ = 0,98 • 1 0,98-= 0,83,

ип(1-Гбл) 18 • (1-0,98) '

где Гбл = 0,98 - КПД блока.

Неуравновешенный момент относительно шарнира А

( Q Л

ЫА = 1сосз фQ + 0е я, (1)

V 2 У

где ф - угол наклона стрелы; я = 9,81 м/с2 - ускорение свободного падения.

Сила, направленная вдоль прямой ВС и необходимая для уравновешивания

момента M А

^ =

МАу] 1 + к2 - 2квт(ф + 8)

где к = с/Ьс, с = АС = к/соэ 8.

кЬс соэ(ф + 8)

(2)

Барабан механизма подъема груза

Рис. 1. Стреловое устройство крана-деррика с уравнительным полиспастом: Ьс — длина стрелы; ¡/ — длина подвеса груза; ¡2 — длина уравнительного полиспаста; А — ось поворота стрелы; С и В — неподвижные и подвижные блоки уравнительного полиспаста соответственно; у, С, а, 8, ф - прочие

геометрические параметры

Усилие в канате, набегающем на барабан,

Рб =

МпЛс

(3)

Зависимость усилия в канате, набегающем на барабан, от вылета стрелы изображена на рис. 2, а. Максимальное усилие ^ тах1 = 38,23 кН.

Выполним аналогичные вычисления для крана-деррика с уравнительным полиспастом кратностью 2 = 10. Кратность полиспаста механизма подъема стрелы примем ип = 8 . Таким образом, суммарная кратность стреловых полиспастов остается прежней ( г + ип = 18) и существенного изменения металлоконструкции стрелы не требуется. КПД полиспаста, используемое в расчетах, можно оставить прежним.

Неуравновешенный момент относительно шарнира А

Ма = бК

СОБ ф-

г0к соБ (ф + 8)

Ч

+ бс усОБ ф ,

(4)

Д + к2 -2кэт(ф + 8) где 20 = .

Формулы (2) и (3) для расчета сил ^ и Fб не изменяются. Зависимость усилия в канате, набегающем на барабан, от вылета стрелы изображена на рис. 2 б. Максимальное усилие ^ тах2 = 55 кН.

153

Таким образом, при уменьшении кратности полиспаста механизма подъема стрелы в 18/8=2,25 раза, максимальное усилие в канате увеличилось в 55/38,23=1,44 раза.

Статическая мощность двигателя механизма подъема стрелы

F V F и г V

_ таг с _ б шах V о с

Я =

Л л

где Vс - скорость оголовка стрелы в направлении прямой ВС; Г - КПД механизма подъема стрелы.

Считая скорость Vс и КПД Г одинаковыми, определим выигрыш в мощности

Я

с1

Я

с2

Fб шах1Ип1 Fб шах2Ип2

38,23 4 8 55 • 8

= 1,56.

а б

Рис. 2. Зависимость усилия в канате (кН) от вылета стрелы (м): а - без уравнительного полиспаста; б - с уравнительным полиспастом

Проанализируем траекторию перемещения груза для неуравновешенного стрелового устройства и стрелового устройства с уравнительным полиспастом. В первом случае она описывается выражением

у = 4 (вт ф- вт фтах ); (5)

во втором - выражением

,2 - • / 5

(6)

у = Ьс (вт ф + + к2 - 2к вт (ф + 8)) - -,

где - = + ¡¡1 - суммарная длина грузового каната.

Результаты расчета траектории перемещения груза в зависимости от вылета стрелы по формулам (5) и (6) даны на рис. 3.

-20

у(чо)

-30

10

20

30

1.с сск(|р)

40

50

а б

Рис. 3. Траектория груза, м: а — без уравнительного полиспаста; б — с уравнительным полиспастом 154

Из рис. 3 видно, что отклонение траектории груза от горизонтали уменьшается примерно в 2,5 раза. Этот факт, наряду с полуторократным снижением статической мощности двигателя механизма подъема стрелы, доказывает эффективность применения уравнительного полиспаста в рассмотренном кране-деррике.

Список литературы

1. Сероштан В.И., Головин А.И., Ивахник В.Г. Кран-деррик КД 30/50 // Подъемно-транспортное дело. 2002. №1-2. С. 8-9.

2. Александров М.П. Грузоподъемные машины. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, Высшая школа, 2000. 552 с.

3. Дукельский А.И. Портовые грузоподъемные машины. М.: Транспорт, 1970.

439 с.

4. Коноплев В.И., Анцев В.Ю., Воробьев А.В. Крюковая подвеска с устройством для предотвращения падения груза при обрыве каната в полиспасте // Автоматизация. Современные технологии. 2020. Т. 74. № 2. С. 61-63.

5. Ланг А.Г., Мазовер И.С., Майзель В.С. Портальные краны. М.: Машгиз, 1962. 284 с.

6. Портальные краны / А.Н. Орлов [и др.] / Под ред. М.Н. Хальфина. Новороссийск: Юж.-Рус. гос. техн. ун-т., 2001. 318 с.

7. Петухов П.З., Ксюнин Г.П., Серлин Л.Г. Специальные краны. М.: Машиностроение, 1985. 248 с.

8. Кобзев А.П., Кобзев Р.А. Специальные краны. Старый Оскол: ТНТ, 2014.

472 с.

9. Стрелов В.И. Расчет шарнирных стреловых систем портальных кранов (аналитический метод кинематического синтеза). Калуга: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1998. 188 с.

10. Витчук П.В., Гнатюк П.Р., Толоконников А.С. Методика оптимального проектирования прямых уравновешенных стрел с уравнительными полиспастами // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 8. С. 274-283.

Витчук Павел Владимирович, канд. техн. наук, доцент, Vitchuk@,bmstu. ru, Россия, Калуга, Калужский филиал Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет),

Гнатюк Павел Романович, студент, gnatuyk.p@yandex. ru, Россия, Калуга, Калужский филиал Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана (национальный исследовательский университет),

Витчук Наталья Андреевна, канд. техн. наук, доцент, Vitchuk.Natalya@,mail.ru, Россия, Калуга, Калужский государственный университет им. К.Э. Циолковского,

Шадский Геннадий Викторович, д-р техн. наук, профессор, декан, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет

OPTIMAL DESIGN OF STRAIGHT BALANCED BOOMS WITH EQUALIZING

POLYSPASTS

P. V. Vitchuk, P.R. Gnatuk, N.A. Vitchuk, G. V. Shadsky

155

Boom device of derrick crane КД30/50 is not balanced relative to boom rocking axis. This negatively affects its productivity. In order to improve the crane productivity, proposed to equalize its boom device with an equalizing polyspast. Given calculation of static power of engine of boom lifting mechanism, as well as trajectory of boom weight movement without equalizing polyspast and with equalizing polyspast. Proved the effectiveness of using the equalizing polyspast in the crane boom device.

Key words: derrick crane, boom, equalizing polyspast, cargo trajectory, design, optimization.

Vitchuk Pavel Vladimirovich, candidate of technical sciences, docent, Viichnk a bmsiH. ru, Russia, Kaluga, Bauman Moscow State Technical University Kaluga Branch,

Gnatuk Pavel Romanovich, student, gnatuyk.p@yandex. ru, Russia, Kaluga, Bauman Moscow State Technical University Kaluga Branch,

Vitchuk Natalia Andreevna, candidate of technical sciences, docent, vitchuk. natalya@,mail. ru, Russia, Kaluga, Kaluga State University named after K.E. Tsiolkovsky,

Shadsky Gennady Viktorovich, doctor of technical sciences, professor, dekan, [email protected], Russia, Tula, Tula State University

УДК 629.113: 339.137.2 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-3-156-161

КОМПЛЕКСНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫМИ

СИСТЕМАМИ В МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Д.И. Благовещенский, В.Н. Козловский, Д.И. Панюков, С. А. Васин

Представлены результаты разработки и реализации комплексных инструментов управления в современных производственных системах автосборочных предприятий

Ключевые слова: управление качеством; автомобильная промышленность; производственная система.

В организации современных производственных систем все более важное значение начинают приобретать инструменты управления, обеспечивающие функционирование процессов по строго установленным правилам, а также создающие возможность для повышения эффективности производственной деятельности. В рамках работы представляем три таких инструмента: методику контроля операций; матрицу обеспечения качества; методику ежедневного решения проблем в области качества продукции [1 - 3].

Методика контроля операций. Выполнение, производственных задач это не только выполнение плана по количеству продукции, но также это означает следующее: обеспечение гарантированной безопасности; обеспечение гарантированного качества изделий; обеспечение производства того что требуется в нужное время и в нужном количестве. Ключевые элементы предлагаемой методики представлены на рис. 1.

Матрица обеспечения качества (МОК) - это инструмент производственной системы, позволяющий мастеру производства провести визуализацию обобщенным образом и улучшить уровень защиты потребителя в своей бригаде. МОК представляет совокупность мер (устройств), не позволяющих пропустить дефект (рис. 2).

156