Устойчивость и опорные давления кранов

Размещено на http://www.allbest.ru/

34

Устойчивость и опорные давления кранов

 Устойчивость свободно стоящих поворотных кранов

Устойчивость передвижных, свободно стоящих кранов против опрокидывания обеспечивается только их собственным весом. Нагрузи в этих кранах, как правило, приложены за пределами опорного контура и создают опрокидывающий момент. Центр тяжести крана находится внутри его опорного контура и создает соответственно восстанавливающий момент. Соотношение между восстанавливающим и опрокидывающим моментами определяет степень устойчивости крана.

Для разных положений крана величины опрокидывающих и восстанавливающих моментов различны, так как изменяются значения действующих сил и их плечи, а также положение центра тяжести крана.

Устойчивость крана должна быть обеспечена для всех его положений при любых возможных комбинациях нагрузок. К этим нагрузкам для передвижного поворотного крана относятся:вес поднимаемого груза; инерционные воздействия в периоды пуска ил,. торможения механизмов крана; центробежные силы, возникающие при вращении поворотной части крана; ветровое давление на груз и элементы крана.

Передвижные краны редко работают на горизонтальной местности.

Обычно рабочая площадка имеет уклон, вследствие чего восстанавливающий момент от собственного веса крана может уменьшиться.

При определении устойчивости крана различают грузовую устойчивость, т. е. устойчивость крана при действии полезных нагрузок и возможном опрокидывании вперед, и собственную устойчивость -- при отсутствии полезных нагрузок и возможном опрокидывании назад.

Как показывает опыт эксплуатации строительных кранов, потеря устойчивости крана является обычно результатом совокупного воздействия ряда неблагоприятных факторов, например перегрузка крана повесу груза или по вылету крюка, возникновение значительных динамических нагрузок при резком торможении, сверхнормативный уклон крана из-за просадки пути релъсо-колесного крана или просадки грунта под пневмоколесными и гусеничными кранами. Описание ряда аварий со строительными башенными кранами, вследствие потери ими устойчивости. Из общего количества аварий строительных башенных кранов приходится в % на:

Опрокидывание…..52

Сход с рельс ….2

Повреждение механизмов….1

Поломки стрелы и башни…...45

Причинами аварий башенных кранов являются (в %):

Перегрузка крана … 52

Неисправности путей ….9

Недостатки изготовления и монтажа…12

Ветровая нагрузка….. 4

Прочие причины ….23

Аварийность кранов различна для различных типов башенных кранов. На 1000 работающих башенных кранов приходится от 0,4 до 11,2 аварий в год, причем под аварией понимается любая зарегистрированнаяя неисправность, приведшая к прекращению работы крана.

Перегрузки крана бывают прямые и косвенные. Так, случаи статической перегрузки крана распределялись следующим образом (в %):

Подъем грузов, превышающих грузоподъемность. . … 85

Превышение вылета крюка, допустимого для поднимаемого груза …3

Попытка отрыва груза большого веса, примерзшего или прижатого другими грузами ….12

Эти данные, относящиеся к современным башенным кранам, широко используемым в строительстве, характерны и для других типов стреловых строительных кранов.

Так, например, анализ аварийности стреловых кранов за более давний период (5 лет с начала 40-х годов), когда башенных кранов в эксплуатации почти не имелось, показывает следующее

Аварийность стреловых кранов (железнодорожных, гусеничных, автомобильных) вследствие потер ими устойчивости составляла 52%.

Причинами опрокидывания кранов являлись (в %):

Перегрузка…. 33

Динамическое влияние вращения поворотной части крана, стоящего на уклоне…. 20

Динамическое влияние вращения поворотной части крана при одновременной перегрузке крана . . . 20

Резкое торможение опускающегося груза и резкое сбрасывание груза….. 20

Неисправности механизмов ……. 7

Как видно из приведенных данных, опрокидывание кранов происходит обычно в результате нарушения норм эксплуатации.

Поэтому основным методом снижения аварийности строительных кранов от опрокидывания является соблюдение указанных норм, чему должно способствовать оснащение кранов соответствующей контрольно-предохранительной аппаратурой: ограничителями грузоподъемности, указатлями ветрового давления и др.

Устойчивость крана против опрокидывания должна быть такова, чтобы в условиях нормальной эксплуатации при возникновении любых допустимых нагрузок (статических или динамических) опрокидывание не могло произойти.

Анализ такого нагружения крана в условиях нормальной эксплуатации впервые был рассмотрен в работе и приводится ниже.



Рассмотрим в общем виде условия устойчивости крана весом G, подверженного действию моментов заданных сил ?Ms и сил инерции ?Mj без учета упругости его элементов и податливости основания. При этом примем, что в момент ?Mj входят только те инерционные силы, которые действуют в течение малого промежутка времени ? и на протяжении этого периода могут считаться постоянными.

Для упрощения решения будем считать, что масса крана распределена равномерно по примыкающему к ребру опрокидывания прямоугольнику (см. рис) с координатами центра тяжести х и у. Момент инерции этой массы относительно ребра опрокидывания

Уравнение моментов всех сил, включая силы инерции, относительно ребра опрокидывания при повороте крана на угол ?

Практически, чтобы вызвать опрокидывание крана, угол ? должен быть небольшим, следовательно, с небольшой погрешностью можно считать sin ?=? и cos ?=1 Поэтому, заменяя Gх через М_G, дифференциальное уравнение устойчивости можно записать так

Обозначим

что даст возможность привести уравнение к каноническому виду:

решением которого будет

Так как до приложения нагрузки кран был неподвижен, то ?₀=0 и

Поэтому

и

Где t₁ - переменная, принимающая все значения времени от нуля до t.

Не деля существенной погрешности, по малости угла p(t-t₁) можно принять

Тогда

Угол ? будет увеличиваться до тех пор, пока . В момент, когда

Приравняем нулю выражение угловой скорости:

Весь период, в течение которого происходит изменение угла поворота, делится на период ? действия момента ?Mj и период t - ?, когда, этот момент уже не действует.

Следовательно, из предыдущего уравнения получаем

Откуда

В этом выражении знаменатель является моментом статической устойчивости.

Подставив это значение t в выражение угла поворота, после преобразований получим



Из рисунка видно, что кран будет устойчив в том случае, когда

Следовательно, время действия импульсного момента, способного вызвать опрокидывание крана

Изложенные теоретические положения хорошо иллюстрируются осциллограммой, характеризующей поведение пневмоколесного экскаватора-- крана (Э-255) при торможении груза. Эксперимент, проведенный Ф. Ф. Реш, зафиксировал при помощи прикрепленного к раме крана гироскопа (рис. 22) колебания крана, вызванные резким, за 0,36 сек.



торможением опускающегося груза весом 5 т, при невращающейся поворотной платформе. Под действием импульса, возникшего при пуске и торможении грузового механизма (рис. 23), грузовой канат начал перемещаться. Через 0,8 сек механизм был заторможен, что привело к развитию колебательных процессов -- в грузовом I и стрелоподъемном 2 канатах и в ленте тормоза 3. Кран, до начала эксперимента, испытывавший некоторую вибрацию в результате работы двигателя, после

срабатывания тормоза стал совершать медленно затухающие колебания синусоидального характера 4 с частотой 0,70 гц. Через 5 сек амплитуда колебаний уменьшилась всего вдвое. Наклон крана при этих колебаниях -- 2,08° не угрожал его устойчивости.

Воспользоваться приведенным выше выражением, определяющим расчетный угол крена крана, можно только для анализа зарегистрированного процесса, так как 2АГ, является функцией нескольких одновременно протекающих, но разных по величине периодов импульсивного нагружения крана, например торможения опускающегося груза и торможения или разгона вращающейся поворотной части крана . Поэтому проектных расчетах принимают действие импульсивных сил настолько длительным, что их можно считать постоянно действующими и складывать с остальными стабильными нагружениями, ориентируясь на наиболее неблагоприятные из возможных сочетаний заданных и инерционых сил.

Кроме того, поскольку расчеты по определению устойчивости не могут быть абсолютно точны, принимают, что для гарантии безопасной эксплуатации крана он должен обладать еще и некоторым запасом устойчивости М_зап

Таким образом, общее уравнение устойчивости крана, базирующееся на этих предпосылках, можно представить в виде

Возможен еще один вид нагружения крана, способный вызвать его опрокидывание, не всегда регламентируемый, но подлежащий анализу при расчете. Это экстренное нагружение, возникающее, когда в груженом кране, при наименьшем вылете стрелы, внезапно снимается грузовая нагрузка. Этот случай был впервые рассмотрен с использованием энергетического метода в работе.

При максимальном грузе, подвешенном на крюке, система кран --стрела находится в напряженном состоянии, при котором накоплена некоторая потенциальная энергия, зависящая от величины перемещения элементов крана, стрелы, стрелоподъемного полиспаста и действующих в них усилий. При мгновенном снятии нагрузки с крана (например, при обрыве строп или выпадении груза из них) накопленная потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию движения крана и стрелы. Стрела при этом подскакивает и, если ее кинетическая энергия достаточна, запрокидывается.

При этом центр тяжести стрелы перемещается в сторону крана, что нарушает условия собственной устойчивости и может привести к опрокидыванию крана назад. Для борьбы с запрокидыванием стрелы применяют упоры на двуногой стойке, головке башни или каркасе кабины

или гибкие тяги под стрелой, прикрепленные к выступающим частям крана. Наличие упоров или тяг видоизменяет процесс, и опрокидывающий момент создается только ударным импульсом без участия полного статического момента, возникающего при запрокидывании стрелы. Это бывает обычно достаточным для того, чтобы собственная устойчивость крана оставалась положительной. Поэтому применение упоров или тяг, удерживающих стрелу от запрокидывания, целесообразно.

Если начало процесса имеет место при стреле весом Gс, центр тяжести которой приложен на расстоянии у от пяты и находящейся под углом Qо к вертикали, а накопленная при этом потенциальная энергия способная превращаться в кинетическую энергию движения стрелы, будет А_О, то угол поворота Q₁ стрелы при снятии нагрузки может быть определен по энергетическому методу из уравнения



а начальная угловая скорость вращения стрелы ?₀ - из уравнения

где I_c -- момент инерции стрелы относительно пяты.

Если угол Q₁?Q₀, то стрела будет запрокидываться, для предотвращения чего нужны упоры или тяги.

После того как стрела получит контакт с упорами или произойдет натяжение тяг, начнется совместное движение системы стрела -- кран, что может привести к некоторому наклону крана с отрывом его опор с основания или даже к его опрокидыванию.

При определении коэффициентов грузовой и собственной устойчивости не нужно учитывать действие каких-либо устройств, стабилизирующих положение крана: рельсовых захватов, дополнительных опор и др., не предназначенных специально для повышения устойчивости крана и соответствующим образом рассчитанных.

Применение навесных и подвижных противовесов для повышения устойчивости кранов

Требования, предъявляемые к размещению контргруза (противовеса) на кране нормами грузовой и собственной устойчивости, противоположны. Для обеспечения грузовой устойчивости целесообразно размещать контргруз за пятой стрелы как можно дальше, но это вызывает снижее собственной устойчивости. Это противоречие неоднократно пытались разрешить путем испольвания контргруза -- навесного или передвижного.



Контргруз отодвиется от основания крана при увеличении веса поднимаемого груза специальным механизмом или автоматически при наклоне стрелы, или же под воздействием натяжения грузового каната. Все эти методы или конструктивно сложны, или не приводят к положительным результатам.

Примером применения навесного контргруза может служить ранее изготовлявшийся паровой железнодорожный кран грузоподъемностью 75 т (рис.26). Для обеспечения устойчивости при работе на выносных опорах на заднюю стенку его поворотной части навешивались съемные контргрузы, перевозимые вместе с краном на специальной железнодорожной платформе. Контргруз подводился к задней стенке крана, поднимался гидравлическими домкратами и крюковыми захватами прикреплялся к крану.

Этот метод обеспечивает значительное повышение грузоподъемности крана, но процесс навески контргрузов длителен, так как делать это можно только после установки крана на выносные опоры.

Контргрузы, перемещаемые специальными механизмами, применяются только на плавучих кранах, причем отодвигается контргруз обычно при крюке подъемного механизма, соединенном с поднимаемым грузом, что предотвращает чрезмерный крен понтона.

В строительных кранах такие контргрузы не используются. Некоторое, весьма ограниченное распространение имели передвижные контргрузы, отклоняющиеся при наклоне стрелы. По такой схеме были выполнены башенные краны моделей СКБ-2 и БК-5 (рис. 27). Контргруз в первой конструкции жестко связан со стрелой, аналогично тому, как это делается в портальных кранах [20]. Во второй конструкции контргруз подвешен под противовесной консолью и связан со стрелой гибкой тягой.

Вес контргруза уравновешивает стрелу и частично может уравновешивать груз. Общий эффект от применения таких контргрузов невелик, конструкция при этом усложняется и краны с такими контргрузами, являясь принципиально вполне работоспособными, распространения все же получили.

Это объясняется тем, что собственную устойчивость крана необходимо обеспечить при стреле на максимальном вылете, т. е. при максимально отодвинутом контргрузе. Очевидно, что возможность приближения контргруза при подъеме груза на малых вылетах не приводит к снижению веса крана.

Были попытки создать конструкции с использованием подвижного

контргруза, находящегося под натяжением грузового каната и отодвигающегося от основания крана при увеличении веса поднимаемого груза.



Одна из таких конструкций, разработанная в Криворожжилстрое, показана на рис. 28. Контргруз укреплен в одном из углов жесткого треугольника, шарнирно закрепленного вторым углом в противовесной консоли третий угол находится под натяжением грузового каната.

Недостатком всех подобных конструкций является опасность опрокидывания крана в сторону контргруза при быстром снятии груза с крюка например при выпадении его из строп.

Теоретический анализ устойчивости крана с подвижным контргрузом приведен в работе применительно к крану с передвижением контргруза по параболической криволинейной направляющей (рис. 29), определяемой уравнением



Где L-вылет стрелы крана, а k-- коэффициент, учитывающий трение в отводных роликах.

Рассматривая кран как систему с тремя степенями свободы, решение системы дифференциальных уравнений можно получить в виде степенных рядов:

где x -- плечо контргруза при начальном положении х₀;

? -- угол поворота крана при начальном угле крена ?₀;

s -- перемещение крана вдоль пути; s₀ = 0;

t -- время.

(см. рис. 29), было получено (при разложении до членов, содержащих t⁴)



Предельно допустимый угол поворота

время поворота на этот угол Т = 1,1 сек. За это время контргруз пройдет лишь половину расстояния, необходимого для возврата в исходное положение, т. е. кран может оказаться недостаточно устойчивым.

Управление и защита грузоподъемного крана с гашением раскачивания груза

Алгоритм системы защиты с ограничениями движений

Ограничения на безусловное проведение любых операций по перемещению груза могут быть вызваны не только наличием на предполагаемой трассе дополнительных препятствий, но и в случае недопустимых по условиям точности защиты значений силовых воздействий, ускорений, линейных скоростей. В этих условиях может оказаться необходимым поднять груз значительно выше необходимой отметки, чтобы уменьшить длину l и соответственно амплитуду раскачивания, уменьшить вылет и соответственно линейную скорость при повороте и амплитуду раскачивания. Поэтому алгоритм управления транспортированием может содержать предварительную установку параметров кранового оборудования на предопределенные значения. Подобный алгоритм, естественно, является вспомогательным по отношению к алгоритму на рис.12 (см. журнал «Все краны» №2 /18 2008 год), который должен быть дополнен блоками сравнения параметров кранового оборудования с допустимыми значениями перед началом транспортирования. Следует лишь указать, что для обеспечения возможности введения указанных ограничений система защиты должна конструктивно содержать соответствующие управляющие органы, которые удобно совместить (равно как и алгоритм) с управлением подъемом груза.

Проведенный анализ свойств строительных кранов и разработка отдельных блоков алгоритмов позволяют сделать ряд выводов, направленных на дальнейшее совершенствование систем управления и защиты кранов.

устойчивость поворотный стреловой кран

1. Конструктивные особенности крана и его приводов, которые при определенных условиях перемещения груза могут вызывать сильные раскачивания последнего, вынуждают считать информацию о взаимном расположении груза и препятствия (или конечную точку доставки груза) как предупредительную для крановщика, который должен принимать самостоятельные решения по дальнейшему перемещению груза, или как предварительную ступень при автоматическом отключении механизмов.

2. Для обеспечения автоматической защиты крана и груза от столкновений с препятствием при заданной производительности крана должны быть применены на кране технические средства силового управления, обеспечивающие активные меры по снижению динамической погрешности системы (гашение колебаний груза).

3. В случае оснащения крана приводом с необходимыми характеристиками силового управления ряд разработанных блоков алгоритма (прежде всего разгон и торможение) защиты крана от столкновений могут быть осуществлены как элементы оптимального управления, снижающего динамические нагрузки на кран и повышающие безопасность и производительность работ.

4. Алгоритм защиты крана от столкновения с препятствиями не должен нарушать технологии ведения работ. Алгоритм должен содержать блоки для снижения статической и динамической погрешностей.

5. В качестве задатчика координат препятствия (или конечной точки доставки груза) предпочтительным является «программный» задатчик, реализуемый путем записи координат стрелы крана, установленной в заданное относительно препятствия положение. Такой задатчик в сравнении с физическим устройством более точен, так как использует при измерениях элементы метода сравнения.

6. Помимо нормирования допусков на положение препятствия, что определяется Правилами устройства и безопасной эксплуатации кранов, представляется необходимым для координатного способа защиты нормировать расстояние от оси поворотной платформы до плоскости препятствия, что существенно снизит статическую погрешность системы.

7. Поправочные данные к геометрическим формулам, определяющим взаимное положение груза и препятствия, целесообразно выразить в виде канонических зависимостей, коэффициенты которых определяются по отношению к каждому типу крана экспериментально. На основе экспериментальных исследований должен быть определен оптимальный закон изменения дискретных (импульсных) силовых воздействий как по уровню, так и по числу переключений для каждого типа крана.

4. алгоритм управления и защиты грузоподъемного крана со снижением уровня раскачивания груза

Алгоритм предполагает такой способ управления и защиты грузоподъемного крана, при котором для снижения уровня раскачивания груза, вызванного инерционными силами в начале движения и при останове, предусмотрены [1]:

создание режима и сигналов выбора допустимой скорости движения в зависимости от нагрузки на кран;

создание режима и сигналов предварительного ограничения перемещения по результатам вычисления ограничений по факторам перегрузки и ограничения перемещений, а также по результату вычисления поправки к расстоянию в зависимости от периода раскачивания подвешенного груза;

установка помимо датчиков, контролирующих положение подвижного оборудования и нагрузку крана дополнительного датчика длины каната и переключателя кратности полиспаста, сигналы которых используются для определения высоты подвеса груза и периода раскачивания подвешенного груза;

вычисление по сигналам датчиков, контролирующих положение подвижного оборудования крана, инерционных показателей оборудования, фактических скоростей и ускорений оборудования при запуске и отключении приводов для определения моментов отключения и включения приводов механизмов и создания автоматического режима импульсного управления, зависящего от периода и фазы раскачивания подвешенного груза;

создание режима логической обработки данных, объединения сигналов запуска и сигналов отключения приводов механизмов и подключения их к усилителям, включающим исполнительные механизмы.

Структурная схема варианта устройства управления [1], реализующего описанный способ (рис.13), содержит группу датчиков, контролирующих положение оборудования крана: для стрелового самоходного крана с телескопической стрелой это датчик длины стрелы 1, угла наклона стрелы 2, угла поворота платформы 3. Для других кранов, например, для башенного крана - это соответственно датчик пути, угла наклона стрелы (или перемещения тележки) и угла поворота платформы, что не изменяет принципа работы устройства. Для контроля нагрузки на кран включен датчик нагрузки 4.

Датчики длины и угла наклона стрелы и нагрузки подключены к блоку ограничения нагрузки 5, образуя ограничитель грузоподъемности крана, а датчики длины и угла наклона стрелы и угла поворота платформы подключены к блоку ограничения перемещения 6, образуя систему координатной защиты.

Блок ограничения перемещения 6 подключен к входу блока предварительного ограничения 7, предназначенного для создания предварительного сигнала на заданном расстоянии до границы допустимого перемещения. К другому входу блока 7 подключен также блок ограничения нагрузки 5 для создания сигнала, предваряющего увеличение вылета (выдвижения тележки) при перегрузке.

Датчики длины и угла наклона стрелы и угла поворота платформы подключены также к входам блока вычисления инерционных показателей оборудования 8 и входам блока определения фактических скоростей оборудования 9, выход которого подключен к блоку вычисления ускорений 10.

Устройство дополнительно содержит датчик длины каната 11 и переключатель кратности полиспаста 12, подключенные соответственно к входам блока определения высоты подвеса груза 13, выход которого подключен к блоку определения периода раскачивания подвешенного груза 14. Блок 14 подключен к блоку задержек при начале движения оборудования крана 15 и к блоку задержек при останове оборудования крана 16. Кроме того, блок 14 подключен также к блоку вычисления поправки к расстоянию предварительного ограничения перемещения 17, выход которого подключен к входу блока предварительного ограничения 7.

Блок задержек 16 подключен ко входу блока временного отключения привода при торможении 22, к другому входу которого подключен блок предварительного ограничения 7.

При этом блок 22, блок ограничения нагрузки 5 и блок ограничения перемещения 6 подключены к логической схеме «ИЛИ-НЕ» 23. Выход схемы «ИЛИ-НЕ» и блок временного отключения привода при разгоне 20 подключены к входам логической схемы «И» 21, выход которой подключен блоку усилителей 24 для включения исполнительных механизмов крана.

Датчик нагрузки 4 подключен также к входу блока выбора допустимой скорости движения 19, ко второму входу которого подключен блок органов управления движениями 18. Блоки задержек 15 и 16 подключены к входам блока 20, к которому также подключен блок выбора допустимой скорости движения 19.

Устройство работает следующим образом. После подъема груза оператор через блок органов управления 18 дает команду на перемещение груза. При этом по сигналу датчика нагрузки 4 блоком выбора допустимой скорости движения 19 определяется указанная скорость по каждому из выбранных движений. Сигнал блока 19 поступает на вход блока временного отключения привода при разгоне 20, на другом входе которого запрещающий сигнал блока задержек при начале движения оборудования крана 15 отсутствует. Таким образом, сигнал блока 20 поступает на вход логической схемы «И» 21, запуская через блок усилителей 24 соответствующие приводы.

С началом движения сигналы датчиков положения оборудования 1, 2, 3 поступают в блок определения фактических скоростей оборудования 9, с выхода которого сигнал поступает в блок вычисления ускорений 10. Во время разгона, когда ускорение а > 0, канат отклоняется от вертикального положения в сторону, противоположную движению, а блок вычисления ускорений 10 не создает сигнала, запрещающего разгон.

В момент, когда ускорение становится равным 0 (а = 0), блок вычисления ускорений 10 создает сигнал в блок задержек 15 на временное отключение привода. Время отключения определяется по сигналу блока определения периода раскачивания подвешенного груза 14, получающего сигнал блока определения высоты подвеса груза 13, которая определяется по сигналу датчика длины каната 11 и переключателя кратности полиспаста 12.

Через время ?1= k1Т, (где Т - период раскачивания, k1 - установленный для а = 0 коэффициент) канат примет вертикальное положение и в этот момент блокируется сигнал на отключение привода. Движение точки подвеса каната и груза продолжится при вертикальном положении каната (без раскачивания), так как скорость груза в точке равновесия (нижней точке подвеса) равна достигнутой при разгоне скорости точки подвеса каната

Останов движения может происходить без участия оператора в результате срабатывания блока ограничения на- грузки 5 или блока ограничения перемещения 6, сигналы которых передаются на вход логической схемы «ИЛИ-НЕ» 23 и в виде логического «0» поступают на вход логической схемы «И» 21, которая блокирует сигнал движения от органов управления 18.

Для того, чтобы избежать раскачивания груза, сигналы блоков 5 и 6 подаются соответственно на два входа блока предварительного ограничения 7, который создает сигнал предварительного отключения на некотором расстоянии до границы допустимого перемещения или допустимого вылета. Кроме того, на третий вход блока 7 подается также сигнал блока вычисления поправки к расстоянию предварительного ограничения перемещения 17. Блок 17 вычисляет поправку к расстоянию через скорость оборудования и время, выраженное через доли периода раскачивания.

Сигнал блока 7 поступает на вход блока временного отключения привода при торможении 22, к другому входу которого подключен блок задержек при останове оборудования крана 16. Время задержки определяется как ?2= k2Т, где Т - период раскачивания, а k2 -коэффициент, по сигналу блока вычисления инерционных показателей оборудования 8, который, в свою очередь, определяется по положению оборудования и сигналам датчиков 1, 2, 3. Отключающий сигнал блока 22 поступает на вход логической схемы «ИЛИ-НЕ» 23, с выхода которой сигнал (в виде логического «0») передается на вход логической схемы «И» 21, которая блокирует работу блока усилителей 24.

Таким образом, на расчетном расстоянии блоком 7 создается предварительный сигнал на отключение, действие которого продолжается расчетное время ?2, определяемое блоком задержек при останове оборудования крана 16. Через время ?2, когда груз отклонится вперед по движению, сигнал блока 22 прекращается, включается привод механизмов и точка подвеса каната начинает «догонять» груз, уменьшая расстояние между вертикалью, проходящей через точку подвеса каната, и грузом, запас потенциальной энергии груза и уменьшая, тем самым, амплитуду раскачивания. Прекращение движения происходит после поступления сигналов блоков 5 или 6.

В случае остановки движения оператором, последний совершает манипуляции блоком органов управления 18, алгоритм которых аналогичен алгоритму автоматической остановки по сигналу блока предварительного ограничения 7. Оператор воздействует на органы управления 18, предварительно останавливая движение, а затем его возобновляя. Для того, чтобы возобновление движения не происходило преждевременно на вход блока временного отключения привода при разгоне 20 подается блокирующий сигнал блока задержек при останове оборудования крана 16.

Все вышеперечисленные блоки могут быть без особых проблем реализованы как аппаратно, так и на программном уровне с использованием микропроцессорной аппаратуры.

Стреловые передвижные краны

Устойчивость стреловых кранов

Отличительной особенностью стреловых кранов являются подъем и перемещение груза в зоне, выходящей за пределы опорного контура крана. Поэтому их устойчивость в процессе подъема груза обеспечивается только собственным весом. Действующие на кран внешние нагрузки создают относительно одного из краев опорного контура (ребра опрокидывания) опрокидывающий момент, а собственный вес крана -- соответственно восстанавливающий момент.

Для разных положений крана значения опрокидывающих и восстанавливающих моментов различны, так как изменяются значения действующих сил и их плечи; изменяется также положение центра тяжести крана относительно опорного контура.

Степень устойчивости крана в положении его устойчивого равновесия определяется двумя коэффициентами--грузовой устойчивости и собственной устойчивости, численные значения которых определяются Правилами устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов Госгортехнадзора. Первый определяет степень устойчивости крана по отношению к опрокидывающему моменту поднимаемого краном груза, а второй -- степень устойчивости неработающего крана от внешних воздействий -- ветра и уклона местности.

Коэффициент грузовой устойчивости определяете для следующих двух случаев:

1) на кран, установленный на горизонтальной площадке, действует только опрокидывающий момент от массы груза. Коэффициент устойчивости при этом может быть выражен, как частное от деления алгебраической суммы моментов относительно ребра опрокидывания всех нагрузок от веса, действующих иа кран (кроме груза), на момент от груза относительно того же ребра опрокидывания.

2) кран установлен на уклоне в сторону груза (этот уклон принимают для гусеничных кранов 3°; для автомобильных и пневмоколесных кранов на аутригерах 1,5", без аутригеров 5°; для железнодорожных кранов на аутригерах 3°, без аутригеров 5°). На кран и груз в сторону опрокидывания действует ветер интенсивностью 250 МПа (в соответствии с ГОСТ 1451--77 «Краны подъемные. Нагрузка ветровая»).

Парусность груза можно принять в зависимости от его массы.

Учитывая, что груз подвешен на гибкой нити (тросе), точкой приложения силы ветра на груз будет головка стрелы. Эта сила, как и сила разгона или торможения, также приложена к головке стрелы.

С увеличением угла уклона местности, на которой кран установлен, уменьшаются плечи моментов сил, удерживающих кран от опрокидывания. Вылет стрелы с грузом сохраняется при этом неизменным, соответствующим поднимаемому грузу независимо от уклона, на котором установлен кран.

Коэффициент собственной устойчивости определяется как отношение суммы моментов всех действующих на кран сил, кроме ветра, к моменту от силы ветра нерабочего состояния крана.

Для предварительных (при проектировании кранов) расчетов удобно пользоваться данными о снижении запаса устойчивости кранов в зависимости от различных факторов: 1) от максимально допустимого уклона местности (для железнодорожных кранов без аутригеров -- на 20--25 %; автомобильных кранов без аутригеров-- на 13--15%; гусеничных кранов -- на 3--5 %); 2) от просадки грунта и рельсов под краном или от деформации пневматических шнн (для железнодорожных кранов иа на 2--3%; для пневмоколесных кранов без аутригеров на 8--10%; для гусеничных кранов на 3--5 %;

3) от инерции разгона или торможения при подъеме и опускании груза -- на 8--10%; 4) от вращения груза -- на 3--5 %', 5) от применения удлиненных стрел -- до 10%.

В соответствии с требованиями Госгортехнадзора все стреловые краны должны быть оборудованы автоматическими ограничителями грузоподъемности, срабатывающими при 10%'Ном увеличении грузового момента сверх допустимого и предохраняющими кран от опрокидывания в результате перегрузки.

Те же Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов запрещают подъем немаркированных бетонных конструкций массой более 500 кг.

Определение сил, действующих на груз

На груз действует 2 группы сил: сдвигающие и удерживающие. Точкой приложения всех сил будем считать ЦМ груза. Точкой приложения ветровой нагрузки примем геометрический центр наветренной поверхности груза.

Продольную инерционную силу определим по следующей формуле:

,

где - удельная величина продольной инерционной силы, тс/т;

,

где ,- удельные величины продольной инерционной силы при массе брутто 22 т и 94 т, тс/т, тс/т;

 тс/т; тс/т;

тс/т; тс/т.

Поперечная инерционная сила определяется по следующей формуле:

,

где - удельная величина поперечной инерционной силы, тс/т;

,

где - расстояние от ЦМ груза до вертикальной плоскости, проходящей через поперечную ось вагона, м;

тс/т; тс/т;

тс; тс.

Вертикальная инерционная сила определяется по следующей формуле:

,

где - удельная величина вертикальной инерционной силы, тс/т;

,

где при опоре груза на один вагон ; - расстояние от ЦМ груза до вертикальной плоскости, проходящей через поперечную ось вагона, м;

тс/т;

тс/т;тс/т.

Ветровая нагрузка W определяется по следующей формуле:

;

тс; тс.

Сила трения , действующая на груз в продольном направлении, определяется по формуле (подкладки прибиты к полу):

,

где - коэффициент трения стали по дереву, ;

тс.

Сила трения , действующая на груз в поперечном направлении, определяется по формуле:

,

где - коэффициент, принимаемый ;

тс;

тс.

Определение устойчивости груза от сдвига

Груз считается устойчивым от сдвига вдоль вагона, если выполняется условие:

- условие не выполняется, груз необходимо закрепить от сдвига вдоль вагона. Сила , которая воздействует на крепление, определяется по формуле:

;

тс.

Груз считается устойчивым от сдвига поперёк вагона, если выполняется условие:

,

где n - коэффициент местных ТУ, для Зап.-Сиб. ж.д. n=1.25;

Для первой цистерны: - условие не выполняется, груз необходимо закрепить от сдвига вдоль вагона. Сила , которая воздействует на крепление, определяется по формуле:

;

тс.

Для второй цистерны: - условие не выполняется, груз необходимо закрепить от сдвига вдоль вагона. Сила , которая воздействует на крепление, определяется по формуле:

;

тс.

Литература

1. Патент РФ на изобретение № 2309112 от 03.03.2006г. Способ управления грузоподъемным краном и устройство для его реализации /Затравкин М.И., Каминский Л.С., Маш Д.М., Пятницкий И.А. и др., МПК В66С 23/88, В66С 13/18, опубл.27.10.2007 г.

2. Д.М.Маш, Р.Е.Кошелюк, Ю.Е.Кушнир. «Метрологические аспекты защиты строительных кранов от опасного приближения к ЛЭП»// Строительные и дорожные машины, №2, 1995 г.

3. М.М.Гохбург /Металлические конструкции кранов. «Машгиз», 1959 г.

4. А.А.Зарецкий. Исследование колебаний строительных башенных кранов с поворотной колонной при работе механизма подъема// Диссертация на соискание ученой степени к.т.н., 1962 г.

5. М.С.Комаров/ Динамика грузоподъемных машин. «Машгиз», 1962 г.

6. И.М.Бабаков/ Теория колебаний. «Наука», 1968 г.

7. А.А.Зарецкий, Н.И.Портной. «Оптимизация управления механизмами грузоподъемных кранов в переходных режимах»// Вестник машиностроения, №8, 1969 г.

8. Н.И.Портной. Исследования процесса управления механизмом поворота строительных бешенных кранов и обоснование требований к его приводу// Диссертация на соискание ученой степени к.т.н., 1976 г.

9. А.А.Павлов/ Синтез релейных систем, оптимальных по Быстродействию. «Наука», 1966 г.

10. Патент РФ на полезную модель № 55967 от 24.05.2006 г. Устройство для измерения угла наклона грузового каната грузоподъемного крана / Затравкин М.И., Каминский Л.С., Маш Д.М., Пятницкий И.А. и др., МПК G01C 9/14, В66С 13/46, опубл.27.08.2006 г.

Размещено на Allbest.ru