CC BY
22
Гаах Т. В.
Ассистент, кафедра Детали машин и подъемно-транспортное оборудование, Калужский филиал Московского Государственного Технического Университета им. Н.Э. Баумана
ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИИ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ НАЕЗДЕ КРАНОВ НА ТУПИКОВЫЕ УПОРЫ
Аннотация
В предложенной статье рассмотрен обзор научно-исследовательских работ по проблемам взаимодействия грузоподъемных кранов с тупиковыми упорами (ТУП). Ключевые слова: грузоподъемные краны, динамические нагрузки, устойчивость, тупиковые упоры
Keywords: loadings cranes, dynamic loadings, stability, buffer stops
Динамические нагрузки, возникающие при соударении кранов с препятствием в виде тупикового упора (ТУП), могут привести к существенным деформациям металлоконструкции, вплоть до потери прочности и устойчивости или даже к аварийной ситуации.
Исследованием нагрузок возникающих в процессе наезда кранов на ТУП занимались ученые Петухов П.З., Ковальский Б.С., Комаров М.С., Казак С.А., Лобов Н.А., Мартынов А.В. и др. [1-6].
Одним из первых в России был докт. техн. наук, профессор Петухов П.З. Целью его работы были методы поглощения кинетической энергии мостового крана (тележки) и полезного груза и перехода её в другие виды энергии [1].
Петухов П.З. сформулировал основные требования к крановым буферам и получил систему уравнений:
(тк + тг )Х -тгlk(фcosф-ф2 sin ф) = Qx
a g
ф = — cos ф - — sin ф
lk h
где тк и тг - масса крана и груза; 1к - длина подвеса груза; x - координата движения крана; ф - угол отклонения груза от вертикали; Q x - горизонтальная
проекция действующих на кран сил.
Уравнение описывает процесс торможение грузоподъемных кранов гидравлическим буфером с постоянным сопротивлением, с учетом сопротивления передвижению и гибкого подвеса груза для расчетной модели с 2-мя степенями свободы (рис.1).
Рис. 1. Расчетная модель процесса наезда крана либо грузовой тележки на тупиковый упор по Петухову П.З.
Случай наезда крана на пружинный буфер с наибольшей скоростью при отсутствии торможения (рис. 2) рассматривал в своей работе Комаров М.С. [2].
Рис. 2. Расчетная модель наезда крана с грузом на тупиковый упор по Комарову М. С.
Система дифференциальных уравнений движения выведенная Комаровым М.С.:
+ ^ = ^ - *
^ + ^ - - 51) = 0
Ж1 I
I
где: Ш1 - сумма приведенных масс крана и вращающихся элементов его механизма передвижения; т2 - масса груза; I - длина подвеса груза; 87 и 82 - координаты
положения крана и груза; с - жесткость буфера.
Возможность использования гравитационного способа торможения (рис.3), с целью обеспечения безопасной работы кранов в тупиковых участках кранового пути в своей работе рассмотрел Мартынов А.В. [4].
Рис. 3. Подкрановый рельс и безударный тупиковый упор: 1-рельс; 2 - ТУП; 3 - крепление безударного тупикового упора к рельсу
В работе установлены зависимости характеризующие влияние исследуемых факторов (параметров уклонов, сил сопротивлений передвижению, движущих сил, положения центра тяжести крана, массы и длины подвеса груза на гибком подвесе) на параметры движения кранов. Кроме того, выведены формулы для выбора рациональных профилей уклонов (рис.4).
Полученная Мартыновым А.В. система уравнений движения имеет вид:
г ... tg a tg a & tga
[m (1) + ]s + (m + m2 Jg^y - mi gj=0 /cp + S + gj = 0
где: m1 - приведенная масса крана; m2 и / - масса и длина подвеса груза на гибком подвесе; а - угол наклона рельсов к горизонту; ф - угол отклонения груза от вертикали.
Мартыновым А.В. также было установлено, что «рациональный профиль уклонов для осуществления гравитационного торможения кранов должен состоять из переходного участка, обеспечивающего плавное нарастание замедлений до заданных величин и рабочего участка, на котором реализуется минимум тормозного пути кранов; кроме того, установлено, что геометрические характеристики крана (база, положение центра тяжести) оказывают существенное влияние на закон его гравитационного торможения, а наличие гибко подвешенного груза значительно снижает тормозной путь и время гравитационного торможения крана» [4].
Рис. 4. Расчетная модель гравитационного безударного торможения крана с грузом на
гибком подвесе по Мартынову А.В.
На основании обзора и анализа работ можно сделать следующие выводы:
- чрезмерные упрощения расчетной схемы, т.е. использование плоских моделей с 2-ми и 3-мя степенями свободы, не отражают в полной мере процесс силового взаимодействия кранов с ТУП и влияние его на состояние металлоконструкции грузоподъемных кранов;
- рассмотренные работы посвящены исследованию взаимодействия ТУП с кранами мостового типа, крайне мало исследований для башенных и козловых кранов [1,4,6]. Исследования, посвященные данной проблеме в портальных кранах в обзорах не встречаются.
- в работах не рассматривается уровень устойчивости башенных кранов при их наезде на безударные (гравитационные) ТУП [4], при этом наибольшее число аварий приходится на башенные краны.
- не учитываются упругие свойства материала из которого изготовлен амортизатор ТУП [2,3,6];
- не учитывается длина подвеса транспортируемого груза на силы взаимодействии кранов с ТУП [6];
- на кранах с гибким подвесом не учитывается влияние свободного колебания груза при наезде крана на ТУП [2];
- не учтено поведение и влияние жесткости действительных металлоконструкций на процесс силового взаимодействия кранов с ударными и безударными ТУП;
- не учитывается влияние положения грузовой тележки в пролете мостового крана (мостовые и козловые краны), и величины вылета стрелы с грузом (портальные и башенные краны) на процесс взаимодействия крана с ТУП [1,2,4].
Таким образом, дальнейшие исследования влияния ударного динамического нагружения на состояние и поведение металлоконструкций грузоподъемных кранов в процессе их наезда на ТУП, является важным и актуальным, в особенности для кранов с истекшим нормативным сроком службы. Необходимо также учесть влияние технологии изготовления деталей и узлов механизмов на рассмотренные параметры [7-10].
Литература:
1. Петухов П.З. О расчете гидробуферов. Вопросы теории и работы ПТМ, Москва-Свердловск: Машгиз, 1955, В. 56, с. 5-14.
2. Комаров М.С. Динамика грузоподъемных машин. М.: Машгиз, 1962, 268 с.
3. Ковальский Б.С. Расчет крановых буферов с учетом гибкого подвеса груза. // Вестник машиностроения. - 1954. - №4. С. - 14-17.
4. Мартынов А.В. Исследование гравитационного торможения мостовых кранов и крановых тележек. Дис. канд. техн. наук. Новочеркасск, 1976, 185 с.
5. Казак С. А. Динамика мостовых кранов. М.: Машиностроение, 1968, 331 с.
6. Лобов Н.А. Динамика передвижения кранов по рельсовому пути: учебное пособие. М: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2003, 232 с.
7. Малышев Е.Н., Бысов С.А., Антонюк Ф.И. Повышение эффективности изготовления сборочных единиц с запрессованными втулками // Южно-Сибирский научный вестник. 2014. № 3 (7). С. 24-26.
8. Малышев Е.Н., Бысов С.А. Формализация требований к геометрии деталей, соединяемых вдоль оси симметрии // Южно-Сибирский научный вестник. 2015. № 4 (12). С. 18-22.
9. Мусохранов М.В., Калмыков В.В., Малышев Е.Н., Зенкин Н.В Энергия поверхностного слоя металлов как инструмент воздействия на величину коэффициента трения // Фундаментальные исследования. 2015. № 2-2. С. 251-254.
10. Мусохранов М.В., Калмыков В.В., Малышев Е.Н., Антонюк Ф.И. Влияние технологического воздействия на энергетическое состояние поверхностного слоя деталей // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 1-1. С. 59.
