Введение к работе
-3-
Актуальность темы. Правилами технической эксплуатации перегрузочных машин морских портов, Правилами безопасности труда в морских портах и Правилами техники безопасности в морских рыбных портах запрещалось использование кранов при скорости ветра 15 м/с и более, из-за чего время простоев флотов и портов в Министерствах морского флота и рыбного хозяйства составляло в среднем свыше 300 часов в год, что приводило к миллионным убыткам В связи с этим весьма актуальным является использование кранов при скорости ветра свыше 15 м/с, позволяющее значительно сократить простои водного транспорта и судов промыслового флота в морских портах
До настоящих исследований отсутствовали научные разработки и публикации, посвященные влиянию ветровых нагрузок на работоспособность портовых кранов В нормах и расчетах портовых кранов ветровая нагрузка рассматривается как статическая нагрузка При этом не учитываются конструктивные и эксплуатационные особенности кранов, технология перегрузочных работ, парусность грузов, а также векторная природа ветровой нагрузки
Решение проблемы по сокращению простоев флотов по причине сильного ветра возможно за счет выявления резервов кранов и их использовании при скорости ветра свыше 15 м/с. Это может быть достигнуто разработкой научно обоснованных методов повышения эффективности использования портовых кранов, расширяющих диапазон скоростей ветра для их рабочего состояния Внедрение в портах данных методов, разработанных на основе усовершенствованных методик исследования работы кранов при ветровых
-4-нагрузках, внесет значительный вклад в развитие экономики страны
Целью исследования является разработка научно обоснованных методов повышения эффективности использования портовых кранов при ветровых нагрузках В соответствии с указанной целью в работе решаются следующие основные задачи
-
Исследование резервов работоспособности портовых кранов и обоснование методов повышения эффективности их использования при ветровых нагрузках
-
Исследование основных параметров ветровой нагрузки и разработка методики расчета портальных кранов на ветровую нагрузку
-
Разработка математической модели работы портальных кранов при динамическом воздействии ветра
-
Теоретические исследования основных показателей работоспособности портальных кранов при динамическом воздействии ветра
-
Обоснование допустимых ветровых нагрузок для рабочего состояния кранов в зависимости от типа крана, технологии работ, геометрических параметров циклов работы и парусности грузов
-
Проведение экспериментальных испытаний моделей портальных кранов в аэродинамической трубе
-
Проведение натурных испытаний и опытной эксплуатации портовых кранов при скорости ветра свыше 15 м/с
-
Разработка методики составления ветровой карты и исследование ветровых режимов портов с помощью анемометрических съемок
9 Разработка нормативных актов и документов, регламентирующих
использование портовых кранов при ветровых нагрузках
10 Определение технико-экономической эффективности результатов
выполненных исследований
Объектами исследования являются портовые краны, а предметом исследования — повышение эффективности использования портовых кранов при повышенных ветровых нагрузках
Базовыми методологическими научными работами являются работы в области математического моделирования и исследования режимов работы кранов Гаранина Н П, Брауде В И, Ерофеева Н И , Комарова М С, Сиротского В Ф, в области исследования воздействия ветровых нагрузок на инженерные сооружения и башенные краны - Барштейна М Ф, Давенпор-та А Г , Когана И Я , Невзорова Л А, Зарецкого А А и других ученых
Методы исследования. В исследованиях использовались положения теоретической механики, динамики машин и крановых установок, теории электропривода, экспериментальной аэродинамики, методы математического моделирования воздействия ветра на краны, численные методы решения дифференциальных уравнений, метод конечных элементов (МКЭ), методы физического моделирования ветровой нагрузки на краны в аэротрубе и натурных экспериментов, методы математической статистики и теории вероятностей, опытной эксплуатации портовых кранов и анемометрических съемок
Достоверность и обоснованность результатов и выводов, полученных в диссертации, обеспечивается использованием перечисленных выше мето-
-6-дов исследования, совпадением полученных статистических характеристик
порывистости ветра с результатами исследований отечественных и японских ученых, совпадением результатов математического моделирования и натурных экспериментов, совпадением результатов исследования динамических характеристик крановых конструкций, полученных МКЭ, с результатами других авторов, совпадением значений коэффициентов аэродинамического сопротивления крановых конструкций при определенных углах атаки воздушного потока с расчетными по ГОСТ 1451-77, применением точных средств измерения исследуемых величин при проведении модельных аэродинамических испытаний и натурных экспериментов на портальных кранах; результатами опытной эксплуатации портовых кранов при ветровых нагрузках, а также практической реализацией результатов исследования
Научная значимость результатов работы. В диссертации получены следующие основные результаты, определяющие ее научную значимость
-
Теоретически и экспериментально доказана возможность использования кранов в морских и рыбных портах при скорости ветра свыше 15 м/с в зависимости от типа крана, технологии перегрузочных работ, геометрических параметров циклов работы и парусности грузов
-
Разработаны методы повышения эффективности использования портовых кранов при ветровых нагрузках использование кранов при скорости ветра свыше 15 м/с, но в пределах паспортных значений ветровых нагрузок, использование кранов при ветровых нагрузках свыше паспортных значений, использование кранов в зонах ветровых теней
3 Разработана математическая модель режима работы портальных
кранов при динамическом воздействии ветра
-
Предложена методика комплексного исследования основных показателей работоспособности портальных кранов и обоснования допустимых ветровых нагрузок для их рабочего состояния
-
Усовершенствована методика расчета портальных кранов на ветровую нагрузку
-
Численными методами исследованы основные показатели работоспособности наиболее распространенных в портах портальных кранов типа Альбрехт, Альбатрос, Сокол, Кондор, Кировец, Ганц и Форель
-
Предложен способ расчета динамических характеристик крановых конструкций МКЭ, позволяющий на стадии проектирования определять динамическое воздействие ветра на грузовую устойчивость крана
-
Предложен дифференцированный метод определения допустимых ветровых нагрузок для рабочего состояния кранов
-
Предложена методика и выполнены модельные испытания некоторых типов портальных кранов и анемометров в аэродинамической трубе
-
Разработана методика составления ветровой карты и с помощью анемометрических съемок составлены ветровые карты некоторых портов
-
Достоверность математической модели и выполненных теоретических исследований режимов работы портальных кранов при динамическом воздействии ветра подтверждена приведенными методикой и результатами натурных испытаний кранов "Альбрехт" при скорости ветра свыше 15 м/с
-8-12 Разработанные в диссертации методы повышения эффективности
использования портовых кранов при ветровых нагрузках подтверждены результатами опытной эксплуатации портовых кранов при скорости ветра свыше 15 м/с в морских торговых и рыбных портах Практическая значимость работы.
-
Разработанные методы повышения эффективности использования портовых кранов позволяют расширить диапазон допустимых скоростей ветра для их рабочего состояния до 22 м/с, а в отдельных случаях до 25 м/с и более, а также использовать краны в зонах ветровых теней
-
Разработанная математическая модель режима работы портальных кранов при динамическом воздействии ветра и численный метод расчета основных показателей их работоспособности позволяют на стадиях проектирования и эксплуатации кранов определять допустимые ветровые нагрузки для их рабочего состояния
-
Усовершенствованная методика расчета портальных кранов на ветровую нагрузку позволяет более обоснованно подходить к задачам проектирования портальных кранов и повышает их эксплуатационные возможности
-
Предложенная методика и выполненные исследования моделей портальных кранов и их отдельных частей в аэродинамической трубе позволили уточнить расчетную ветровую нагрузку на кран в целом
-
Предложенный дифференцированный метод определения допустимой ветровой нагрузки на портальные краны для их рабочего состояния позволяет устанавливать допустимые скорости ветра для каждого типа кранов
-
Выполненное теоретическое обоснование допустимых ветровых нагрузок для рабочего состояния портовых кранов в зависимости от типа крана, технологии работ, парусности грузов и защищенности причалов от ветра препятствиями, позволило разработать методы повышения эффективности использования портовых кранов при ветровых нагрузках
-
Методика составления ветровой карты порта позволяет прогнозировать скорости ветра в порту, а при получении штормового предупреждения планировать расстановку судов и бригад портовых рабочих Она позволяет определять места установки ветроизмерительных приборов и тем самым повышать эффективность использования портовых кранов при сильном ветре
-
Сформулированы дополнительные требования к техническим условиям на проектирование портальных кранов с учетом их эксплуатации при повышенных ветровых, нагрузках
Разработаны рекомендации по регулировке тормозов механизмов поворота и вылета стрелы кранов при воздействии ветра, а также выбору анемометров, местах их установки на кране и порту, а также их поверке
9 Результаты выполненных исследований позволили разработать от
раслевые нормативные акты, регламентирующие использование портовых
кранов при скорости ветра до 22 м/с, а также в зонах ветровых теней
10 Подтвержденный ЗАО "ЦНИИМФ" экономический эффект от ре
зультатов внедрения диссертационной работы в портах Минтранса составля
ет 25 млн рублей в год, а ФГУП "ГИПРОРЫБФЛОТ" в рыбных портах Фе
дерального агентства по рыболовству 10 млн руб в год
-ІО-ll Результаты исследований отражены в учебном пособии "Охрана
труда", рекомендованном УМО на водном транспорте для студентов и курсантов ВУЗов водного транспорта и рыбного хозяйства
Реализация результатов работы Работа выполнялась в соответствии с планами НИР с морскими пароходствами, торговыми и рыбными портами, а также отраслевой программой, утвержденной Государственным комитетом по рыболовству России от 30 11 2001 г
Результаты выполненных исследований использовались в нормативных актах Министерств морского флота и рыбного хозяйства
Для портов Калининград, Мурманск, Одесса и Находка составлены с участием автора ветровые карты, утвержденные руководством портов
Получено заключение завода Кранбау Эберсвальде (Германия), подтверждающее эксплуатацию кранов данного завода при ветровых нагрузках свыше паспортных значений (при скорости ветра до 22 м/с)
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ОИИМФа в 1975-1984 г г, региональных научно-технических конференциях в г Артеме Приморского края в 1976-1983 г г, второй научно-технической конференции "Электропривод и автоматизация кранов", Одесса, 1981г, научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава МГТУ 1985-2005гг, научно-технической конференции "Проблемы продления навигации", Нижний Новгород, 1991г, первом съезде специалистов по безопасности деятельности человека, Санкт-Петербург,
-11-1992, Международном симпозиуме "Предупреждение риска", Москва, 1992
Материалы диссертации обсуждались на заводе Кранбау Эберсвальде, в портах Калининград, Мурманск, Находка, Одесса, Ильичевск, Измаил, Петропавловск-Камчатский и многих других портах, ЛенморНИИпроект, ЧерноморНИИпроект, ГИПРОРЫБФЛОТ, в службах портов Черноморского, Советско-Дунайского и Балтийского пароходств, ЦК профсоюза рабочих морского и речного флота, а также работников рыбного хозяйства, Черноморском, Ленинградском и Дальневосточном баскомфлотах, Министерствах морского флота и рыбного хозяйства
Публикации. Основные научные результаты диссертации опубликованы в 32 печатных работах и отражены в 13 отчетах о научно-исследовательской работе, зарегистрированных в ВНТИЦ
Результаты, выносимые на защиту.
-
Методы повышения эффективности использования портовых кранов при ветровых нагрузках
-
Методика расчета портовых кранов на ветровую нагрузку
3. Математическая модель режима работы портальных кранов при динамическом воздействии ветра
-
Методика исследования показателей работоспособности кранов и обоснования допустимых ветровых нагрузок для рабочего состояния.
-
Методика и результаты модельных испытаний портальных кранов и анемометров в аэродинамической трубе
-
Методика и результаты натурных испытаний и опытной эксплуата-
-12-ции портовых кранов при скорости ветра свыше 15 м/с
-
Методика составления ветровой карты порта
-
Результаты реализации выполненных исследований.
Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложений Общий объем диссертации 357 с, основной текст 251 с, 49 рис, 38 табл, перечень использованной отечественной и иностранной научно-технической литературы из 213 наименований на 20 с, включая работы автора, приложения на 106 с включая 6 рис, 5 табл
