CC BY
17УДК 656.3:621.873
ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ПРИВОДА МЕХАНИЗМА ПЕРЕДВИЖЕНИЯ МОСТОВОГО ГРУЗОПОДЪЕМНОГО КРАНА
Хабрат Н. И., доцент; Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Республики Крым «Крымский инженерно-педагогический университет»
Рассмотрены причины и механизм перекоса металлоконструкции рамы мостового грузоподъемного крана и получены аналитические зависимости для определения возникающих при этом горизонтальных сил между опорно-приводными колесами и рельсовой колеей. Предложен бесперекосный механизм привода механизма передвижения крана.
Ключевые слова: мостовой грузоподъемный кран, рельсовая колея, опорно-приводные колеса, боковые (горизонтальные) силы на рельсовую колею.
WAYS TO IMPROVE EFFICIENCY DRIVE MECHANISM OF MOVEMENT BRIDGE HOISTING CRANES
Habrat N. I., Associate Professor; State Educational Institution of Higher Education of the Republic of Crimea «Crimean Engineering-Pedagogical University»
The causes and mechanism of the skew metal frame of the bridge crane and obtained analytical dependences for identifying emerging with horizontal forces between the supporting-driving wheels and the rail track. A drive mechanism is not bias movement of the crane mechanism.
Keywords: bridge crane, rail track, supporting-driving wheels, lateral (horizontal) forces on the rail track.
Введение. Мостовые грузоподъемные краны нашли широкое применение в различных сферах производств при проведении различного рода подъемно-транспортных, монтажных и многих других видов работ. При этом в ряде случаев в их работе наблюдается невысокая надежность привода механизма передвижения крана. Это проявляется в перекосе (неперпендикулярности) оси рамы по отношению к рельсовой колее, что приводит к повышенному давлению на нее, быстрому износу реборд опорно-приводных колес, повышению мощности на привод механизма передвижения крана.
Материал и методы исследований. В некоторых случаях имеет место полное заклинивание колес с рельсовой колеей и даже соскакивание колес с рельсов. Это происходит в основном вследствие неодинаковой загруженности опорно-приводных колес концевых тележек крана, например из-за ассиметрич-ного расположения груза на раме крана, что приводит к различию радиальных деформаций колес и различным сопротивлениям, действующих на привод.
В результате наблюдаются различные величины упругого скольжения приводных колес по рельсовой колее и различные их окружные скорости.
К такому же результату приводит неточность монтажа концевых тележек, при котором имеет место непараллельность осей опорно-приводных колес относительно оси рамы крана. Эта неточность монтажа определяется и затем устраняется путем наблюдения за смещениями опорно-приводных колес концевых тележек на рельсовой колее при реверсировании движения крана и расположением груза на середине металлоконструкции или вообще без него. В работе использован аналитический метод исследования работоспособности привода механизма передвижения мостового грузоподъемного крана.
Результаты и обсуждение. Поиском по специальным источникам информации [1-4] не были выявлены материалы аналитического характера по определению величины горизонтального усилия на рельсовую колею мостовым грузоподъемным краном при его перекосе.
В тоже время при определении сопротивлений передвижению крана во всех источниках [1-4] учитываются сопротивления трения реборд опорно-приводных колес мостовых кранов дополнительным коэффициентом Кр в пределах 1,2-1,5, а в некоторых случаях Кр = 2,0-2,5 [3] без учета величины пролета крана L и его типа привода хода.
Цель данной работы - обоснование необходимости совершенствования современных приводов механизмов перемещения мостовых грузоподъемных кранов, решая задачи: 1) выявить причины, вызывающие перекос рамы металлоконструкции крана относительно направляющей колеи; 2) разработать аналитические зависимости, определяющие силовое взаимодействие между элементами передвижения крана и направляющей колеей; 3) выполнить оценки силового взаимодействия приводных колес и рельсовой колеи; 4) разработать конструкции привода механизма передвижения крана, обеспечивающие его бесперекосное передвижение по направляющей колее.
Для решения поставленных вопросов рассмотрим мостовой грузоподъемный кран с центральным приводом на приводные колеса механизма передвижения крана по схеме на рис. 1 при ассиметричном приложении груза вместе с грузовой тележкой силой тяжести Q, приложенной на расстоянии а от опорной колеи и пролете крана, равном L.
Рис. 1. Схема нагружения мостового грузоподъемного крана
Из условия равновесия моментов сил относительно левой и правой направляющих рельсовых колей определяются силы тяжести, воспринимаемые опорно-приводными колесами, перекатывающихся по левой Rл и правой Rп рельсам, принимая, что в концевых тележках усилия, воспринимаемые опорными и приводными колесами, одинаковые:
К + (1)
+ (2) где G - сила тяжести металлоконструкции крана.
Окружные силы и , развиваемые приводными колесами левой и правой концевых тележек, в начальный период передвижения крана:
Гп=211пк/0 = 2к(()-а + 0,501)/(Ш): (3)
где к - коэффициент сопротивления качения приводных колес диаметром D.
При центральном приводе механизма передвижения крана угловые скорости приводных колес правой и левой концевых тележек одинаковы. Так как колеса правой концевой тележки менее нагружены, то они имеют меньшее упругое скольжение и радиальную деформацию и поэтому перемещаются по своей рельсовой колее в начальный период быстрее, чем колеса левой концевой тележки, что и приводит к перекосу рамы. Перекашивание рамы крана происходит до тех пор, пока реборды колес концевых тележек не ограничат ее дальнейший разворот.
При дальнейшем перемещении крана приводное колесо правой концевой тележки не имеет возможности передвигаться со скоростью, большей скорости передвижения левого приводного колеса, и их скорости выравниваются. Снижение тангенциальной скорости правого приводного колеса до скорости левого приводного приводит к дополнительному упругому скольжению правого приводного колеса, вследствие чего правое приводное колесо дополнительно догружается тангенциальной силой ДГ, равной разности сил на приводных колесах на передвижение крана в момент разворачивания его рамы и составляющей с учетом зависимостей (3) и (4):
(5)
Эта дополнительная тангенциальная сила Д^ на пролете крана L создает разворачивающий момент М, равный:
М = ДFL = 2Qk (Ь - 2а) / D. (6)
Разворачивающему моменту М противостоит реактивный момент, равный по величине и противоположно направленный
М = - ЗЪ, (7)
где Ъ - колесная база концевой тележки;
S - сила, воздействующая на реборды колес концевых тележек, от взаимодействия с рельсовой колеей.
Совместно решая уравнения (6) и (7), находим
Анализ зависимости (7) показывает, что при симметричном приложении нагрузки Q на металлоконструкцию крана, т.е. при а = 0,5Ь, горизонтальное усилие на рельсовую колею отсутствует.
В таблице 1 приведены расчетные значения горизонтальной силы S по зависимости (7) на рельсовую колею колесами мостового грузоподъемного крана в зависимости от его пролета при грузоподъемности 16 т, массе грузовой тележки 3,7 т, диаметре опорно-приводных колес 0,4 м, коэффициенте качения 0,0006 м, а = 1,5 м.
Параметры крана приняты по ГОСТ 25546-82 [4, с.32].
Таблица 1. Зависимость силы $ от пролета Ь
Пролет L, м 10,5 16,5 22,5 28,5 34,5
Колесная база Ь, м 4,4 4,4 4,4 5,0 5,5
Сила 8, Н 10050 18200 26200 30100 33250
Из анализа расчетных данных по табл. 1 следует, что величина горизонтального воздействия силы S на рельсовую колею в значительной мере зависит от пролета крана при одной и той же грузоподъемности и не зависит от силы тяжести металлоконструкции рамы. Как ранее нами отмечалось, во всех специализированных источниках информации [1-4] при определении общего сопротивления перемещению мостовых грузоподъемных кранов сопротивления трения реборд опорно-приводных колес учитываются одним постоянным по величине коэффициентом Кр без учета величины пролета крана. Из вышеприведенного анализа при определении общего сопротивления перемещения крана следует учитывать сопротивление трения реборд о рельсовую колею с учетом пролета крана, которые в ряде случаев, как нами приведено выше, имеют значительную величину.
В случае же индивидуального привода механизма передвижения крана на концевых тележках горизонтальные силы воздействия на рельсовую колею увеличиваются в большей мере из-за различия нагруженности приводных электродвигателей.
Работа мостового грузоподъемного крана с допускаемыми перекосами приводит к снижению работоспособности, повышению энергозатрат на привод его механизма передвижения.
Применяемые в производственных условиях различного рода электромеханические устройства, работающие на отключение привода механизма перемещения крана при недопустимой величине перекоса рамы мало эффективны и не весьма надежны [4].
Системы автоматической стабилизации бесперекостного передвижения кранов весьма сложны и всегда дублируются другими системами контроля [4].
Нами разработан, испытан и находится в эксплуатации на мостовом энергетическом средстве привод (рис. 2) [5; 6], обеспечивающий строго плоскопараллельное передвижение энергетического средства по направляющей рельсовой колее и кинематически жестко связанный с нею.
На рис. 2 представлена кинематическая схема привода одной из концевых тележек мостового крана. В ней предусматривается кинематическая связь каждой из концевых тележек через трансмиссионные валы с редуктором центрального привода механизма передвижения крана. В этом приводе опорные колеса 2, 6, перекатывающиеся по направляющей колее 1, установлены подвижно в тангенциальном направлении на осях.
Рис. 2. Кинематическая схема привода с плоскопараллельным передвижением мостового крана при р < Ь.
Движение мостового крана осуществляется передачей крутящего момента от центрального привода через трансмиссионные валы на ведущую звездочку 5 и далее через втулочно-роликовую цепь 4, огибающую направляющие ролики 3, 7, установленные концентрично и подвижно на осях опорных колес 2, 6, на зубья 8, установленные на рельсовой колее. При этом расстояние между зубьями Р принимается кратным шагу приводной цепи и несколько меньшим колесной базы Ь мостового крана.
Испытаниями установлена высокая надежность этого привода при любом несимметричном приложении нагрузки на раму мостового крана [6].
Второе достоинство этой системы привода состоит в том, что при жесткой кинематической связи крана и рельсовой колеи представляется возможным, установив командоаппарат [7], кинематически связав его с трансмиссионным валом привода, обеспечить надежную работу агрегата (мостового крана) в автоматическом режиме.
И третье достоинство системы этого привода состоит в значительном уменьшении колесной базы Ь опорно-приводных колес концевых тележек. Так нами приведен выше пример при пролете крана L = 34,5 м принято Ь = 5,5 м, которое может быть снижено, по крайней мере, в двое.
Выводы. 1. Полученная аналитическая зависимость для определения силового взаимодействия кинематической пары опорно-приводные колеса - рельсовая колея мостового крана позволяет проводить уточненный энергетический расчет механизма передвижения мостового крана.
2. Сила тяжести металлоконструкции крана не оказывает влияния на его перекос на рельсовой колее.
3. Предложенная конструкция механизма плоскопараллельного передвижения мостового крана по рельсовой колее с центральным приводом позволяет исключить энергозатраты на трение реборд опорно-ходовых колес о рельсовую колею, полностью исключив заклинивание колес с рельсом, повысить работоспособность и эффективность использования грузоподъемной техники.
4. Система плоскопараллельного привода механизма передвижения мостового крана создает предпосылки для надежного обеспечения его работы в автоматическом режиме и снижению металлоемкости (габаритов) концевых тележек опорно-ходовых колес.
Список использованных источников:
1. Александров М. П. Подъемно-транспортные машины / М. П. Александров - М.: Машиностроение,
1985. - 517 с.
2. Александров М. П., Колобов Н. А., Лобов Н. А. и др. Грузоподъемные машины. - М.: Машиностроение,
1986. - 400 с.
3. Иванченко Ф. К. Конструкция и расчет подъемно-транспортных машин / Ф. К. Иванченко - К.: Вища школа, 1983. - 352 с.
4. Справочник по кранам. Т.2. Характеристика и конструктивные схемы кранов. Крановые механизмы. Техническая эксплуатация кранов
References:
1.Alexandrov M. P. Handling machinery / M. P. Alexandrov - M.: Engineering, 1985. - 517 p.
2. Alexandrov M. P., Kolobov N. A., Lobov N. A. and etc. Hoisting machines. -M.: Engineering, 1986. - 400 p.
3. Ivanchenko F. K. Design and calculation of handling machines / F. K. Ivanchenko - K.: High School, 1983. - 352 p.
4. Reference cranes. V.2. Characteristics and design schemes cranes. Crane mechanisms. Technical operation of cranes // M. P. Aleksadrov, M. M. Hochberg, A. A. Kovi and etc. L.: Engineering, 1988. - 559 p.
// М. П. Алексадров, М. М. Гохберг, А. А. Ковин и др. Л.: Машиностроение, 1988. - 559 с.
5. Авт. свид. №»1704659 МПК А01В 49/00. Мостовое устройство. Авторы: Хабрат Н. И., Вялов И. П., Кузьмин Б. О., Сердюков А. Е. Заявл.: 27.04.88.; опубл.: 15.01.92. Бюл. №2. - 3 с.
6. Хабрат Н. И. Мостовое шасси: конструкция, расчет и результаты испытаний механизма привода хода / Н. И. Хабрат, В. М. Болотин, И. П. Масло // Тракторы и сельхозмашины, 1996, №4. - С. 24-28.
7. Хабрат Н. И. Эксплуатационные испытания командоаппарата на мостовом шасси / Н. И. Хабрат, В. М. Болотин, И. П. Масло // Тракторы и сельхозмашины, 1996, №11. - С. 27-28.
Сведение об авторе:
Хабрат Николай Иванович - доцент кафедры «Автомобильный транспорт» Государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования Республики Крым «Крымский инженерно-педагогический университет», 295015, г. Симферополь, пер. Учебный, 8.
№ 6 (169), 2016
5. Certificate of authorship №1704659 IPC A01B 49/00. The bridge device. Authors: Habrat N. I., Vyalov I. P., Kuz-min B. O., Serdyukov A. E. Declaring.: 04.27.88.; publ.: 01.15.92. Bull. № 2. - 3p.
6. Habrat N. I. Bridged chassis design, calculation and testing of the drive mechanism travel / N. I. Habrat, V. M. Bo-lotin, I. P. Maslo // Tractors and farm machinery, 1996, №4. - P. 24-28.
7. Habrat N. I. Performance tests on a bridge of controller chassis / N. I. Habrat, V. M. Bolotin, I. P. Maslo // Tractors and farm machinery, 1996, №11. -P. 27-28.
Information about the author:
Habrat Nikolai Ivanovich - Associate Professor department of Road Transport, State Educational Institution of Higher Education of the Republic of Crimea «Crimean Engineering-Pedagogical University», 295015, Simferopol, lane Training, 8.
