Введение к работе
Актуальность работы. Наиболее распространенным типом перегрузочных машин в портах являются.портальные краны, с помощью которых осуществляется основная часть перегрузочных работ. Являясь неотъемлемой частью транслортно-перегрузочного потока, они оказывают существенное влияние на эффективность функционирования транспортных средств в целом. Следовательно, создание высокопроизводительных и надежных портальных кранов является актуальной задачей, и не только для подъемно-транспортного машиностроения.
Удовлетворить тенденциям современного краностроения к повышению производительности, росту рабочих нагрузок, надежности можно только при тщательном анализе движений машины с учетом всех основных силовых факторов. Увязка конструкторских разработок с последовательным решением задач динамики позволяет уже на стадии проектирования крана выбрать его рациональную схему, оценить прочностные и энергетические характеристики и затем обоснованно определить размеры и материалы деталей, технологию их изготовления. По результатам предварительных динамических исследований могут быть заранее предусмотрены различные демпфирующие и виброзащитные устройства для поддержания в процессе эксплуатации динамических характеристик в заданных пределах.
Таким образом, выбор структуры и параметров крана, основанный на тщательном анализе протекающих в.нем динамических процессов, одновременно решает и проблему повышения надежности, уменьшения материалоемкости, причем наиболее экономичным способом - только за счет правильного выбора схемы и параметров.
К характеристикам свободных колебаний портальных кранов относятся собственные частоты и формы колебаний, времена затухания колебаний по каддой из собственных форм. Экспериментальные исследования показывают, что в отдельных элементах и узлах портальных кранов несущими (определяющими ) являются несколько (обычно не более двух) собственных частот, при которых колебания имеют наибольшую амплитуду. Поэтому для расчета нагрузок в крановых механизмах и металлоконструкциях возможно применение упрощенных моделей, которые строятся на основе анализа собственных значений (частот и форм) всей системы.
Возникающие после подъема груза с основания, при пусках и торможениях механизмов упругие колебания крана с течением времени уменьшаются. Медленное затухание колебаний неблагоприятно сказывается на рабо-
тоспосббности крана. Во-первых, снижается сопротивление усталости элементов металлоконструкций. Во-вторых, при малой диссипации возможно неблагоприятное нвложение колебаний при повторних пусках и торможениях, что значительно повышает величины максимальных динамических нагрузок в крановых механизмах и металлоконструкциях.
Задачей анализа характеристик свободных колебаний портальных кранов является не только их определение при изменении параметров крана, но и выявление способов коррекции, например введением демпферов. В этом смысле задачи анализа и синтеза переплетаются.
Методы расчета характеристик свободных колебаний портальных кранов, описанные в литературе, базируются на их определении для отдельных элементов (стрел, хоботов, груза) без учета взаимного влияния в системе кран-груз.
Цель диссертационной работы - разработка основ анализа характеристик свободных колебаний портальных кранов с грузом на пространствен' ном канатном подвесе для совершенствования создания и повышения эф- фективности кранов за счет целенаправленного формирования динамических характеристик крановых подсистем с введением в необходимых случаях корректирующих устройств для оптимизации динамических свойств крана в целом.
Указанная цель определила следующие основные задачи исследования.
-
Разработать математическую модель портального крана с грейферо на пространственном канатном подвесе в виде линейной относительно ко лебательных координат системы обыкновенных дифференциальных уравнени которая давала бы возможность проведения анализа собственных частот форм колебаний системы.
-
Разработать метод анализа характеристик свободных колебаний кранов с грузом, базирующийся на разделении собственных колебаний по крановим подсистемам, и реализовать его для портального перегрузочно го крана.
-
Исследовать влияние дассипативных и жесткостных характеристик демпфера, встроенного в рейку механизма изменения вылета, на демпфирующую способность собственных форм колебаний портального крала с грузок.
На ?ал:'ТУ вь'носятся^слелуюшие результаты, полученные лу.чио авторе и обладаищае научной новизной:
I. "атеиатзческая модель портального крі.на с гре.цером на пространственном канатном подьесе при работе его механизма вращения. 2
-
іїетод разделения собственных частот по подсистемам крана, поз-оляюіций проводить анализ характеристик ого свободных колебаний.
-
Результаты анализа характеристик свободных колебаний портально-о крана с грузом, включая влияние диссипативных и жэсткостных харак-'еристик демпфера, встроенного в рейку механизма изменения вылета, ка ;емпс[ироБаііив колебаний по собственным формам.
Достоверность научных положений и выводов диссертационной работы ібеспєчивпется накопленным опытом теоретических исследований и проектирования крапового оборудования, использованием апробированных в tpyrnx отраслях машиностроения физических предпосылок и методов динамки механизмов, машин и конструкций, сопоставлением результатов рас-іета с даннш.я натурных исследований портального перегрузочного крана.
Практическая ценность работы заключается в том, что проведенный пгализ характеристик свободных колебаний портального крана с грузом и юлученные результаты позволили выявить эффективные направления совершенствования динамических свойств кранов.
Создана программа для ПЭВМ для расчета собственных частот и форм «элебаний портального крана с грузом, обобщенных коэффициентов погло-цония и времен затухания по собственны!,", формам, элементов матрицы коэффициентов сопротивлений.
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 3 печатных заботах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 133 наименований (из них 13 иостранннх) и 7 приложений. Материал размещен на 78 стр. машинопис--юго текста, в 41 рисунке на 39 стр. и 24 таблицах на 22 стр, 14 стр. списка литературы и 52 стр. приложений. Общий объем диссертации 203 стр..