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 транслортнс—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 мокно 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 виброзашигные 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 каждой из собственных форм. Экспериментальные исследования показываю? что в отдельных элементах и узлах портальных кранов несущими (определяющими J 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 посла подъема груза с основания, при пусках и торможениях механизмов упругие колебания крана с течением времени уменьшаются. Медленное затухание колебаний неблагоприятно сказывается на рабо-
тоспособности крана. Во-первых, снижается сопротивление усталости элементов металлоконструкций. Во-вторых, при малой диссипации возможно неблагоприятное наложение 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 на только их определение при изменении параметров крана, но и выявление способов коррекции, например введением демпферов. В этом смысле задачи аналііза и синтеза переплетаются.
Методы расчета характеристик свободных колебаний портальныхкранов, описанные в литературе, базируются на их определении для отдельных элементов (стрел, хоботов, груза) без учета взаимного влияния в системе кран-груз.
Цель диссертационное Работы - разработка основ анализа характеристик свободных колебаний портальных крапов с грузом на пространственном канатном подвесе для совершенствования создания и повышения эффективности кранов за счет целенаправленного ,[х>ршрования динамических характеристик крановых подсистем с введением в необходимых случаях корректирующих устройств для оптимизации динамических свойств крана в целок.
Указанная цель определила следующие основные задачи исследования.
-
Разработать математическую модель портального крана с грейфером на пространственном канатном подвесе в виде линейной относительно колебательных координат системы обыкновенных дифференциальных уравнений которая давала бы возможность проведения анализа собственных частот и 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 перегрузочного крана.
-
Исследовать влияние дассипативных и жесткостных характеристик демпфера, встроенного в рейку механизма изменения вылета, на демпфирующую способность собственных форм колебаний портального крана с грузок.
На задуту вкиосятся^слйпуште результаты, полученные л:'.ч;ю авторов и обладал^ие научной новизной:
I. "атематаческая модель портального кр;.па с тренером на пространственном канатном подвесе при работе его механизма вращения. 2
-
Кетод разделения собственных: частот по подсистемам крана, позволяющий проводить анализ характеристик его свободных колебагаїй.
-
Результати анализа характеристик свободных колебаний портального крана с грузом, включая влияние дассипативных и жесткостныХ характеристик демпфера, встроенного в рейку механизма изменения вылета, на демпфирование колебаний по собственным формам.
Достоверность научных поло теми и виводе-в диссертационной -работа обеспечивается накоплениям опытом теоретических исследований и проектирования кранового оборудования, использованием апробированных в других отраслях машиностроения физических предпосылок и методов динамики механизмов, машин и конструкций, сопоставлением результатов расчета с данными натурных исследований портального перегрузочного крана.
Практическая ценность работы заключается в том, что проведенный анализ характеристик свободных колебании портального крана с грузом и полученные результаты позволили выявить эффективные направления совершенствования динамических свойств кранов.
Создана программа для ПЭВМ для расчета собственные частот и форм колебаний портального крана с грузом, обобщенных коэффициентов поглощения и времен затухания по собственный «формам, элементов матрицы коэффициентов сопротивлений.
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 3 печатных работах.
Структура и объем работн. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 133 наименований (из них 13 инострашшх* и 7 приложений. Материал размещен на 78 стр. машинописного текста, в 41 рисунке на 39 стр. и 24 таблицах на 22 стр, 14 стр. списка литературы и 52 стр. приложений. Общий объем диссертации 206 стр..