Дослідження динамічних зусиль при встановленні демпфера в механізмі підйому стрілових самохідних кранів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Дослідження динамічних зусиль при встановленні демпфера в механізмі підйому стрілових самохідних кранів

1. Постановка проблеми

вантажопідйомний машина металоконструкція

Під час роботи стрілових самохідних кранів виникають поздовжні коливання в металоконструкції і канатах механізму підйому, що приводить до зменшення втомлювальної міцності і погіршує умови нормальної експлуатації крана ефективною протидією цьому є уведення в систему елементів в`язкого опору (демпферів).

Проблемі зменшення коливань металоконструкцій вантажопідйомних машин присвячено багато робіт. В роботі Н.А. Лобова [1] пропонується використовувати демпфер в системі підвіски вантажу, в роботі В.Ф. Семенюка [2] говориться про ефективність встановлення гідравлічного демпфера в металоконструкцію козлового крана. З огляду видно, що проблемі загасання коливань стрілових самохідних кранів присвячено замало уваги, а дослідження загасань іноді носять суперечливий характер.

2. Мета дослідження

Знайти закономірності, які впливають на процес загасання коливань під час підйому вантажу з урахуванням в`язкого опору. Теоретично обґрунтувати місце встановлення демпферу в механізмі підйому стрілових самохідних кранів.

3. Хід досліджень

1. Визначимо ефективність загасання коливань механізму підйому при установці демпферу в системі підвіски вантажу і в стріловій системі.

На рисунку 1 показана динамічна модель механізму підйому стрілового самохідного крана [3] з гідравлічним демпфером в системі підвіски вантажу і в стріловій системі.

Рис. 1 - Динамічна модель механізму підйому стрілового самохідного крану

Тут m_n - зведена до канатів маса обертальних частин приводу підйому вантажу, кг; m_c - зведена маса стріли, кг; m_г - маса вантажу, кг; с_с - коефіцієнт жорсткості стріли крана, Н/м; с_р - коефіцієнт жорсткості стрілового каната, Н/м; с_к - коефіцієнт жорсткості вантажного каната на ділянці від барабана до поліспаста, Н/м; с_n- коефіцієнт жорсткості вантажного поліспаста, Н/м; k_D - коефіцієнт загасання коливань (демпфірування) металоконструкції, Н·с/м; k`_D - коефіцієнт загасання коливань (демпфірування) канатів, Н·с/м; - коефіцієнти гідравлічного тертя демпферів у стріловій системі і системі підвіски вантажу; P_dq - зведена до канатів сила двигуна, Н; y_n, y_c, y_г - шляхи, пройдені відповідно масами m_n, m_c, m_г від початку координат.

Відомо, що максимальні динамічні навантаження в кранах виникають при підйомі вантажу із жорсткої основи (підйом з підхватом), що включає три етапи: перший - етап холостого ходу, коли маса обертальних частин приводу m_п під впливом сили приводу P_дq вибирає сумарний зазор _к у канатах і приводі; другий етап - розвиток навантаження в канатах до зусилля в них, рівному вазі вантажу Q, причому маса m_г протягом другого етапу перебуває в стані спокою; третій етап - спільний рух всіх пружно зв'язаних мас системи.

Розглянемо рух стрілової системи при установці демпфера в системі підвіски вантажу.

На першому етапі вибирається зазор _к у канатах і приводі, а динамічні навантаження в металоконструкції і у канатах відсутні.

Другий етап руху описується рівняннями

(1)

Закінчується другий етап руху при натягу вантажних канатів

Третій етап руху описується рівняннями:

(2)

де - натяг у канатах на третьому етапі руху.

Процес загасання коливань стрілової системи гідравлічними демпферами досліджувався для крана ДЕК - 251. Числовий експеримент проводився при зміні вильоту стріли і ваги вантажу.

Розрахунок коефіцієнтів диференціальних рівнянь руху аналогічний розрахунку наведеному в роботі [3].

Вирішенням системи диференціальних рівнянь на ПЕВМ знайдені залежності F(t), при встановлені демпфера в системі підвіски вантажу (див. рис. 2).

Рис. 2 - Графік зміни зусилля в часі при втановленні демпфера в системі підвіски вантажу (підйом з підхватом): а - маса вантажу більша приведеної маси стріли (5т); б - маса вантажу меньша зведеної маси стріли (1,5т)

2. Розглянемо рух стрілової системи при установці демпфера в металоконструкції стрілової системи.

для другого етапу руху системи

(3)

Закінчується другий етап руху при натягу вантажних канатів

на третьому етапі руху:

(4)

де - натяг у канатах на третьому етапі руху.

Результати вирішення систем (2) і (3) представлені на рис. 3.

Рис. 3 - Графік зміни зусилля в часі при втановленні демпфера в металоконструкції стрілової системи (підйом з підхватом): а - маса вантажу меньша приведеної маси стріли (1,5т); б - маса вантажу більша за зведену масу стріли (5т)

4. Обговорення результатів числового експерименту

На рис. 2 і 3 показана зміна зусилля F(t) в металоконструкції (стрілі) і вантажних канатах. З рисунку 2 видно, що в випадку встановлення демпферу в систему підвіски вантажу ефективність загасання досягається, якшо, маса вантажу більша зведеної маси стріли (див. рис. 2а). При цьому коефіцієнт динамічності металоконструкції становить k = 1,4; час загасання коливань t_з = 2,5 с; відрив вантажу здійснюється за t_в = 0,12 с. Якшо, маса вантажу меньша зведеної маси стріли, то ефективність загасання зменьшується (див. рис. 2б); коефіцієнт динамічності металоконструкції при цьому становить k = 1,9; час загасання коливань t_з = 6 с; відрив вантажу здійснюється за t_в = 0,04 с. В випадку встановлення демпферу в металоконструкцію стрілової системи (див. рис.3) ефективність загасання коливань досягається, якшо, маса вантажу меньша зведеної маси стріли (див. рис. 3а). При цьому коефіцієнт динамічності металоконструкції становить k = 1,4; час загасання коливань t_з = 2 с; відрив вантажу здійснюється за t_в = 0,14 с. Якшо, маса вантажу більша зведеної маси стріли, то ефективність загасання зменьшується (див. рис. 3б); коефіцієнт динамічності металоконструкції при цьому становить k = 1,7; час загасання коливань t_з = 7 с; відрив вантажу здійснюється за t_в = 0,1 с.

Висновки

Аналіз досліджень дозволяє зробити настувпні висновки:

1. В процесі загасання коливань металоконструкції механізму підйому за допомогою демпферів існує закономірність яка по`вязує масу вантажу і зведену масу стріли;

2. При масі вантажу більшої за зведену масу стріли ефективним є встановлення демпферу в систему підвіски вантажу. При масі вантажу меншої за зведену масу стріли ефективним є встановленя демпферу в стрілову систему.

3. Некоректне встановлення демпферу приводить до збільшення коефіцієнта динамічності в 1,5 - 2 рази, часу загасання коливань в 3-4 раза, зменшення часу відриву вантажа до 0,04 с.

Список використаних джерел

1. Лобов Н. А. Динамика грузоподъемных кранов / Н. А. Лобов. - М.: Машиностроение, 1987. - 160с.

2. Семенюк В. Ф. Математическая модель процесса гашения колебаний металлоконструкции козлового крана / В. Ф. Семенюк, А. П. Марцинкевич // Підвищення ефективності технології та техніки для виконання вантажно-розвантажувальних, будівельних і колійних робіт на залізничному транспорті / Харк. держ. акад. залізн. трансп. - Х., 1999. - № 36. - С. 3-11.

3. Подоляк О. С. Исследование динамических нагрузок при подъеме груза с жесткого основания автомобильным краном / О. С. Подоляк // Східно-Європейський журнал передових технологій. - 2009. - №1/5(37). - С.43-47.

Размещено на Allbest.ru