Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и постановка задачи 11
1.1. Обзор конструкций подъемников 11
1.2. Перспективы применения строительных подъемников 13
1.3. Методы теоретического исследования динамической нагрузки строительных грузоподъемных машин 17
1.4. Состояние вопроса теоретических исследований динамической нагрузки приводов строительных грузоподъемных машин 20
Глава 2. Натурные и теоретические исследования использования грузопассажирского строительного подъемника по грузо подъемности 33
2.1. Использование строительного подъемника в различные периоды возведения зданий 33
2.2. Методика проведения натурных исследований использования строительного подъемника по грузоподъемности 37
2.3. Исследование грузопотока строительного подъемника при перевозке грузов и рабочих 39
2.4. Результаты натурных исследований характера и величи ны статической нагрузки привода строительного подъемника.в зависимости от различных факторов 43
2.4.1. График частоты включений подъемника в смену 43
2.4.2.Изменение статической нагрузки привода подъемника в одном цикле работы 44
2.4.3. Изменение статической нагрузки привода подъемника в течение рабочей смены 48
2.4.4. Изменение статической нагрузки привода подъемника в зависимости от этажности (высоты поднятия груза) 51
2.4.5. Изменение статической нагрузки привода подъемника при различных способах монтажа 53
2.5. Определение типовой зависимости использования строительного подъемника по грузоподъемности 55
Глава 3. Теоретические исследования режимов нагружения привода грузопассажирского строительного подъемника с зубчатореечным механизмом подъема 63
3.1. Исследование математической динамической модели механизма привода строительного подъемника 63
3.2. Дифференциальные уравнения движения динамической системы привода строительного подъемника и их решение 72
3.3. Определение частотных характеристик динамической системы для различных моделей и типоразмеров строительных подъемников 73
3.4. Переход к упрощенной (двухмассовой) динамической модели привода строительного подъемника 77
Глава 4. Методика определения нагрузки привода грузопассажирского строительного подъемника с зубчато-реечным механиз мом подъема при различных режимах работы 83
4.1. Методика определения нагрузки привода строительного подъемника при установившемся режиме работы 83
4.2. Методика определения нагрузки привода строительного подъемника при неустановившемся режиме работы, и при постоянном или переменном моменте электродвигателя 86
4.2.1. Методика определения нагрузки привода строительного подъемника при неустановившемся режиме работы и при постоянном моменте электродвигателя 87
4.2.2. Методика определения нагрузки привода строительного подъемника при неустановившемся режиме работы и при переменном моменте.электродвигателя 92
4.3. Исследование влияния параметров динамической систе мы на величину нагрузки привода строительного подъемника при неустановившемся режиме работы 98
4.3.1. Изменение нагрузки привода подъемника в зависимости от загрузки кабины при неустановившемся режиме работы и постоянном моменте электродвигателя 98
4.3.2. Изменение нагрузки привода подъемника в зависимости от момента инерции ротора электродвига теля и загрузки кабины при неустановившемся режиме работы и переменном моменте электродвигателя 100
Глава 5. Методика определения группы классификации (режима) грузопассажир ского строительного подъемника сзубчато-реечным механизмом подъема 104
5.1 Методика определения эквивалентного нагрузочного момента, действующего на привод подъемника 104
5.2 Методика определения группы классификации (режима) строительного подъемника в целом 107
5.3 Определение режимов нагружения строительных подъемников (на примере строительного подъемника ПГПМ-1000) 110
Общие выводы 116
Список литературы 118
Приложение 1 131
- Перспективы применения строительных подъемников
- Методика проведения натурных исследований использования строительного подъемника по грузоподъемности
- Дифференциальные уравнения движения динамической системы привода строительного подъемника и их решение
- Методика определения нагрузки привода строительного подъемника при неустановившемся режиме работы, и при постоянном или переменном моменте электродвигателя
Введение к работе
В настоящее время происходит бурный рост жилищного строительства, общественных и административных зданий. Рост населения городов, усиление их производственной базы, экономические соображения ведут к увеличению этажности зданий. При этом повышается роль средств вертикального транспорта. Ведущие страны мира: США, Германия, Англия, Япония, Финляндия достигли больших успехов в разработке наиболее оптимальных конструкций средств вертикального транспорта. Разными фирмами созданы многочисленные типоразмеры строительных подъемников, с различными системами привода, применение которых обуславливается назначением строительного подъемника.
Сегодня со всей остротой встает вопрос о качестве, прочности и долговечности строительных грузопассажирских подъемников, на которые ложится основной объем перевозок грузов и пассажиров при строительстве жилых и административных зданий при превышении высоты строящегося здания в 5 этажей.
В настоящее время объем строительства многоэтажных зданий достигает почти 50% от общего объема строительства зданий. Объем строительства многоэтажных зданий в зарубежных странах увеличился в 2f3 раза. В России, в настоящее время, строится или уже построено большое количество зданий различного назначения высотой 20т25 этажей. Предполагается широкое строительство зданий высотой 30,40-^60 и возможно более этажей. Использование вертикального транспорта при возведении многоэтажных зданий — важнейшее условие согласованной работы систем инженерного обеспечения, от работы которой во многом зависит нормальных ход строительства и сроки его окончания.
Существует много видов многоэтажных зданий. Они различаются по своему назначению и технологии функционирования. Это жилые дома, общежития, гостиницы, пансионаты, административные здания, учебные заведения, больницы, производственные и многие другие виды зданий. Условия функционирования строительных подъемников определяются назначением и типом зданий, что создает потребность в большом количестве типоразмеров и исполнений машин, соответствующих различным требованиям технологии возведения зданий.
Актуальность исследования. Увеличение этажности городской застройки выдвигает проблему оптимального оснащения строительства зданий средствами вертикального транспорта, ставит задачу рационального выбора типа системы строительного подъемника. Экономичность строительных подъемников определяется несколькими факторами: прочностью, долговечностью, техническими характеристиками, стоимостью оборудования, трудоемкостью монтажа и эксплуатационными расходами. Опыт эксплуатации и результаты исследований приводов строительных подъемников показывают, что в процессе работы в механизме привода подъемника часто возникают значительные колебания и динамические нагрузки, понижающие прочность и долговечность механизма.
Исследование динамических процессов, возникающих при работе строительного подъемника, неразрывно связано с исследованием режимов нагружения, построением и исследованием математической модели много массовой динамической системы строительного подъемника, определением частот собственных колебаний. Исследование режимов нагружения привода строительного подъемника является по существу задачей синтеза, включающей в себя широкий круг решаемых вопросов: разработки и обоснования динамической модели, определение и классификация действующих внешних возмущений, определение нагрузочных моментов, действующих на привод подъемника при установившемся и неустановившемся движении, выявление
7 степени влияния различных параметров динамической системы на нагружен-ность привода, определение эквивалентного момента, действующего на привод подъемника, определение группы классификации (режима) строительного подъемника.
Многие вопросы, относящиеся к данной задаче, в той или иной степени решены: в общем разработана и обоснована динамическая система, определен общий характер и состав внешних воздействий, известен путь снижения динамических нагрузок на привод. Однако, известные исследования динамики приводов строительных машин, лифтов и строительных подъемников не в полной мере применимы к строительным грузопассажирским подъемникам с зубчато-реечным механизмом подъема, что не позволяет эффективно использовать их результаты для точного расчета механизма привода строительного подъемника на прочность и долговечность, произвести характеристику режима нагружения привода подъемника, определить группу классификации (режима) строительного подъемника в соответствии с требованиями ИСО-4301/1 (аналогично кранов). Указанные вопросы не получили должного освещения в научно-технической литературе и требуют углубленного изучения, дальнейшего проведения исследований для определения нагрузки привода грузопассажирского строительного подъемника с зубчато-реечным механизмом подъема, режимов нагружения и обоснования оптимальных нагрузок для расчета элементов привода.
Научная новизна работы состоит в том, что:
на основе натурных наблюдений установлена типовая зависимость использования строительного подъемника по грузоподъемности в течение времени его работы при возведении зданий распространенных серий и влияние на нее различных факторов строительства;
разработана расчетная методика для определения нагрузочных моментов, действующих на привод подъемника при различных режимах работы, позволяющая на стадии проектирования определить рациональные нагрузки на привод подъемника;
сформулирована и теоретически обоснована методика определения эквивалентного нагрузочного момента, действующего на привод строительного подъемника при работе;
разработана инженерная методика определения группы классификации (режима) грузопассажирского строительного подъемника с зубчато-реечным механизмом подъема, позволяющая обосновать расчетные нагрузки для рационального проектирования привода подъемника.
Практическая значимость результатов исследований.
Результаты диссертационных исследований являются теоретической базой обоснованного выбора группы классификации (режимов нагружения) для строительных грузопассажирских подъемников с зубчато-реечным механизмом подъема, что позволяет осуществить рациональное проектирование привода подъемника, а также обосновать необходимую грузоподъемность при возведении зданий различных типов. Результаты исследования могут быть использованы при проектировании строительных подъемников с зубчато-реечным механизмом подъема, а также в учебном процессе при подготовке инженеров специальности 1709 и 2913.
Достоверность.
Достоверность полученных результатов подтверждена соответствием данных расчета по разработанным методикам, экспериментальным материалам, полученным при натурных исследованиях использования грузопассажирского строительного подъемника с зубчато-реечным механизмом подъема по грузоподъемности при возведении зданий различных серий.
9 На защиту выносятся:
1.Типовая зависимость использования строительного грузопассажирского подъемника по грузоподъемности в течение его работы при возведении зданий различных серий.
2.Результаты натурных и теоретических исследований характера и величины грузопотока, перевозимым строительным подъемником в зависимости от различных факторов в период возведения здания.
3. Методики:
расчета нагрузочных моментов, действующих на привод подъемника при различных режимах работы;
оценки эквивалентного нагрузочного момента, действующего на привод строительного подъемника при работе;
определения группы классификации (режима) строительного грузопассажирского подъемника с зубчато-реечным механизмом подъема.
Реализация результатов работы. Результаты исследований использованы:
предприятием (разработчиком-производителем) - Карачаровским механическим заводом при проектировании и производстве приводов строительных подъемников и их конструктивных элементов с целью повышения прочности и долговечности;
в учебном процессе факультета "Механизация и автоматизация строительства" МГСУ при подготовке инженеров по специальностям: "Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование" и "Механизация и автоматизация строительства".
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены на международных научно-технических конференциях: "Режимы нагружения строительных грузопассажирских подъемников" (Интерстроймех-2001, Санкт-Петербург, 2001г.); "Анализ режимов нагружения приводов строительных подъемников"
(Интерстроймех-2002, Могилев, 2002г.); "Определение режимов на-гружения строительных подъемников", XVII международная конференция "Использование материалов, машин и механизмов в строительстве" (Белград, Белградский Университет, 2002г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ, получено 2 авторских изобретения.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав , общих выводов, списка литературы и приложений. Общий объем диссертации составляет 157 страниц, в том числе 26 таблиц, 30 рисунков , список литературы содержит 126 наименований трудов отечественных и зарубежных авторов.
Перспективы применения строительных подъемников
В настоящее время и в ближайшем будущем (в г. Москве и в других крупных городах страны) сооружение объектов массового строительства будет осуществляться с учетом увеличения плотности застройки, за счет повышения этажности зданий, по типовым проектам новых серий, с более комфортными условиями проживания и культурного обслуживания.
В Москве ежегодно сдается в строй 3,5 млн.м общей площади жилья. Ежегодный объем крупнопанельного строительства в Москве составляет се годня около 3,0 млн. м общей площади. К 2005 году с 77% до 36 % планируется уменьшить долю панельного домостроения: жилые здания станут сооружать в основном из кирпича, монолитного бетона с применением самых современных технологий. [62,85,110].
Постановлением Московского Правительства от 02.02.1999г. №80 «Организация городской комплексной инвестиционной программы «Новое кольцо Москвы »» принята градостроительная программа, рассчитанная на 15 лет и предусматривающая строительство серии (55-f-60 объектов) высотных (35;40 этажей) многофункциональных жилых комплексов в среднем и периферийном поясе г. Москвы. [ 87 ]
Как видно из анализа структуры жилого фонда г. Москвы по этажности и годам строительства, городская застройка, начиная с 8-ой пятилетки, ведется в основном многоэтажными зданиями. При этом в качестве основы городской застройки приняты 9-ти, 12-ти, 14-ти, 16-ти этажные дома; возводятся также 22-, 25- и 30-ти этажные здания.
По Генеральному плану развития г. Москвы, принятому еще в 1971 году, предполагается строительство зданий высотой 30, 40, 60 этажей и выше.
Постоянный рост этажности городской застройки обуславливает необходимость использования подъемников в строительстве и использования именно грузопассажирских строительных подъемников, а не грузовых. Это связано с тем, что для подъема рабочих выше 5-го этажа необходимо предусмотреть достаточное количество грузопассажирских подъемников. Они способны быстро, удобно и надежно доставлять людей утром - на рабочее место, вечером - вниз на землю, а в обед - вниз и снова на рабочее место.
Планом жилого строительства в г. Москве, в 2001 году намечалось по-строить и ввести в эксплуатацию жилые дома общей площадью 3,5 млн. м , ареконструировать и отремонтировать 1,0 млн. м жилого фонда. В 2002 году планировалось построить 4,0 млн. м жилых домов. Для справки в 2001 году рядовой жилой дом в 25 этажей строился за 14 месяцев. [ 86 ].
Задачи развития жилищного строительства в нашей стране имеют огромную важность. Первоочередность их решение определяется не уменьшающимся количеством очередников, необходимостью срочной реконструкции 40 млн. м общей площади 5- этажных домов, увеличения нормы жилой площади приходящейся на одного человека до общепринятого в Европе уровня [ 62 ].
Сейчас картина у нас в этом вопросе, мягко говоря, неудовлетворительная [ 62, 86 ]:Значение подъемников в современном строительстве велико, несмотря на то, что ими подают груз ограниченных размеров и массы и только по одной вертикали.
При строительстве многоэтажных зданий башенным краном транспортируют до 80т85 % грузов, при повышенной сборности - 90 %, а ос тальные грузы доставляют подъемниками. При строительстве зданий с несущим каркасом и стенами из кирпича или блоков ведущая грузоподъемная машина - подъемник.
В жилищном строительстве подъемниками доставляется от 29 до 81 т строительных материалов на 1000 м площади строящегося здания, а в промышленном - от 27 до 59 т. В ряде случаев, при строительстве малоэтажных зданий (до трех этажей), а также сооружений башенного типа (элеваторов, труб) грузы поднимают по вертикали, в основном, подъемниками [4,53,54,64,82,111,122].
Жилые дома любой конструкции включают четыре технологические стадии:От конструкции дома зависит трудоемкость той или иной стадии производства. Например, при постройке пятиэтажных кирпичных домов трудоемкость сантехнических, электромонтажных и отделочных работ /4-я стадия/ составляет 45 % всей трудоемкости работ, 1-ой стадии - 30 %, 2-ой и 3-й стадий - 35 %. Механизировать и уменьшить трудоемкость работ на 4-й, самой трудоемкой стадии возведения зданий можно только с помощью строительных подъемников.
Известно, что транспортировать строительные материалы и изделия теми же подъемно-транспортными машинами, которые применялись при монтаже каркаса или производства кирпичной кладки, пе рационально из-за небольшой массы транспортируемого материала. Кроме того, большая часть материалов должна подаваться внутрь помещения, по этажам. Так при строительстве большинства зданий не менее половины материалов для отде лочных работ транспортируют подъемниками, что позволяет значительно снизить сроки строительства объектов различного назначения. Еще большую роль играют подъемники при ремонте и реконструкции зданий. В этом случае все грузы подают через оконный проем [ 53,54 ].
По данным проспектов шведской фирмы «Алимак» работа строительного подъемника состоит из времени, необходимого на транспортировку людей (на это уходит 67% времени работы подъемника) и на время - для доставки различных грузов (33%). Необходимость перевозки людей при многоэтажном строительстве предъявляет к строительным подъемникам такие же высокие требования, как и к лифтам. Подъемник, таким образом, является важным условием обеспечения нормального хода и уменьшения сроков строительства, необходимым элементом его инженерного обеспечения и повышения эффективности строительства [55,63].
Создание подъемника выполняющего любые операции, отвечающего всем современным требованиям, надежного, долговечного и удобного в работе будет соответствовать тенденции развития всей отечественной промышленной индустрии, а в частности машиностроения.
Методика проведения натурных исследований использования строительного подъемника по грузоподъемности
Для определения использования строительного грузопассажирского подъемника по грузоподъемности были проведены натурные исследования. Натурные исследования проводились для всех типов зданий, представленных в табл. 2.1. и на каждом этапе строительства.
При проведении натурных исследований на каждом этапе строительства фиксировались следующие параметры: масса подъемного груза; вид груза; этажность доставки груза; количество включений; рабочий цикл движения кабины; количество перевозимых рабочих; направление движения кабины; расположение груза в кабине. Масса груза определялась с точностью до 25 кг, продолжительность включений фиксировалась секундомером с точностью до 0,1 с. Остальные параметры определялись визуально по методике [126]. Средняя масса поднимаемого груза за каждый период (час, день) строительства определялась по формуле: Число фиксируемых циклов включений для каждого дня работы составляло в зависимости от этапа работ от 18 до 28. На каждом этапе исследования производилась статическая обработка полученных результатов. В связи с том, что продолжительность работ для каждого здания была различной для обработки принималось относительное время работы подъемника:где Тп - продолжительность работы на каждом этапе работы (часов, дней); Т0 - общая продолжительность строительства здания (часов, дней).
По результатам экспериментальных исследований определялась зависимость использования грузопассажирского подъемника по грузоподъемности. Обработка экспериментальных данных проводилась с применением профессионального комплекса «SPSS 10.0.7.».
Достоверность зависимости оценивалась методом наименьших квадратов [ 1,23,33,126 ]. Для различных этапов возведения типовых зданий достоверность натурных исследований, подсчитанная по различным критериям (см. Приложение]), находится в диапазоне от 0,92 до 0,98.
По данным зарубежных фирм («Алимак» Швеция) 67% времени работы строительного подъемника тратится на перевозку людей и лишь 33% - на перевозку грузов, причем 57% времени тратится на перевозку 1+4 пассажиров (100+300кг) и 47% времени - на перевозку грузов весом 100+500 кг [55, 63].
Наибольшая доля трудоемкости всех работ по возведению зданий выше 5-го этажа приходится на отделочные работы и составляет 45% общего времени возведения зданий.
Результаты натурных и теоретических исследований (на примере возведения здания серии П-46/14) показали, что максимальный грузопоток подъемника имеет место в период отделочных работ (44 дня), причем максимальный пик нагрузки (перевозка рабочих) приходится на период с 22 по 33 день. При этом основная нагрузка на привод возникает при транспортировке людей, а не грузов, так как 2/3 времени работы подъемника составляет перевозка людей.
Использование строительных грузопассажирских мачтовых подъемников начинается при достижении высоты возводимого здания уровня пятого этажа. Это соответствует 15+20 дню 2-ой стадии строительства здания. Строительные грузопассажирские мачтовые подъемники доставляют в жилищном строительстве 29+81 т груза на 1000 м площади здания за время его возведения, а трудоемкость отделочных работ (IV стадия) составляет 45+50%) от трудоемкости всех работ по возведению здания [ 40, 63, 85, 98, ПО].
Масса же перевозимых в период отделочных работ грузов доходит до 50+60%) массы всех поднимаемых грузов (данные натурных исследований). В среднем на 1 секцию 14-этажного здания (практически это соответствуетвсем сериям строящихся сейчас зданий) приходится 3500 м2 общей площади - на каждый этаж около 250 м , чему соответствует количество перевозимых грузов строительным подъемником равное 150 тоннам на 1 секцию. Это означает, что на каждый этаж (выше пятого этажа) необходимо доставить при помощи строительного грузопассажирского мачтового подъемника в среднем 10ч-12 тонн грузов при строительстве надземной части за период времени от 140 до 160 дней, то есть за один день, необходимо поднять в среднем 0,8+1,2 тонны - на одну секцию (80-И00 кг на каждый этаж). При этом 60% грузов будет перевезено в период отделочных работ: 90 тонн за 45 дней, то есть 2 тонны груза в день (60 тонн за 100 дней = 600 кг/день при наличии подъемника на каждой секции). На рис.2.2. показано распределение количества (массы) перевозимых грузопассажирским мачтовым подъемником грузов в зависимости от стадии строительства здания с учетом определения средних значений продолжительности периодов возведения здания (см. табл.2.2.).
Используя данные Главмосстроя и Мосремстроя (графики производства отделочных работ) получим таблицу 2.3., исходя из данных которой определим диаграмму грузопотока статической нагрузки привода строительного подъемника при перевозке рабочих на различных этапах возведения зданий.
Анализируя величину и характер грузопотока строительного подъемника от веса перевозимого груза в течение периода возведения здания, начиная от первого дня монтажа здания можно сделать вывод, что статическая нагрузка привода достигает максимальной величины в период отделочных работ и имеет близкий к нормальному характер распределения.
Кроме этого, на нагрузку привода подъемника в период отделочных работ, существенно, в сторону увеличения (в несколько раз) повлияет необходимость транспортировки людей при превышении высоты уровня здания выше пятого этажа, а учитывая, что 67 % времени работы строительного грузопассажирского мачтового подъемника приходится на перевозку людей и 33 % - на перевозку груза [2, 40, 53, 98, 110], можно сделать вывод о том, что нагрузка привода подъемника от массы транспортируемых рабочих является определяющей. Такая особенность работы определяет и специфику периодичности включений привода подъемника в течение рабочей смены и, в свою очередь показывает, что основная нагрузка строительных грузопассажирских мачтовых подъемников в высотном строительстве определяется необходимостью неоднократного ежедневного подъема и спуска рабочих в период проведения отделочных работ, на различные этажи возводимого здания.
Из натурных и теоретических исследований известно, что: 30% при транспортировке рабочих составляет подъем или спуск кабины с нагрузкой 400 500 кг (5-гб рабочих), а 57% времени тратится на перевозку l-f-4 рабочих, при транспортировке грузов 47% времени уходит на перевозку грузов 100-ь500 кг. В период отделочных работ продолжительность включения и грузопоток подъемника увеличиваются относительно других периодов строительства: транспортировка грузов 500 и более кг составляет около 30% грузопотока, в другие периоды ПВ — имеет меньшее значение как и отношение Qi/Qmax, ХОТЯ МОГуТ ВСТречаТЬСЯ И ПИКИ Qj/Qmax.
Дифференциальные уравнения движения динамической системы привода строительного подъемника и их решение
Используем известное уравнение Лагранжа для определения характеристик свободных колебаний системы с одной степенью свободы. Общий вид дифференциальных уравнений движения при консервативных силах можно представить в виде:
Определение характеристик свободных колебаний (частот и форм) системы с одной степенью свободы позволит перейти к решению и полностью определить индивидуальные динамические свойства свободных колебаний трехмассовой системы, а также имеет первостепенное значение при анализе любых (в частности, вынужденных) колебаний как системы с одной степенью свободы, так и трехмассовой системы.
Дифференциальные уравнения движения (свободных колебаний) трехмассовой упругой системы запишем в виде:
Динамические нагрузки возникающие в приводе строительного подъемника при работе (в период установившегося движения и в переходных режимах) является основным фактором при определении режима нагружения привода подъемника.
Разработав математическую модель динамической системы строительного подъемника и используя для ее решения математические методы (системы дифференциальных уравнений), перейдем к анализу данной системы для различных моделей и типоразмеров строительных подъемников, для чего определим с помощью полученных ранее зависимостей частотные характеристики различных вариантов подъемников и исследуем влияние на полученные частотные характеристики различных факторов: Іь І2; Ь; Сіг;
Сгз Для получения частотных характеристик динамической системы используем технические характеристики шести различных вариантов строи В таблице 3.1. для расчета характеристик динамической системы строительного подъемника приведены основные технические параметры различных моделей и типоразмеров строительных грузопассажирских подъемников и их приводов.
Основываясь на исходных технических характеристиках различных вариантов строительных подъемников и используя полученные выше зависимости, определим основные исходные показатели динамической системыхарактеристик (Ii; h; Із; Сі2; С23, cof, ю2) (см.таб.3.2):
Определение собственных частот динамической системы подъемников показало, что жесткость канатов, соединяющих противовес и грузовую каретку и изгибная жесткость металлоконструкции подъемника очень мало влияет на собственные частоты механизма привода. Для подтверждения этого утверждения определим собственные частоты для двухмассовой динамической системы в виде:її - приведенный момент инерции массы ротора электродвигателя; 12 - приведенный момент инерции массы грузовой каретки, кабины,груза, привода; С12 - крутильная жесткость вала редуктора и кинетической цепипередачи привода; подъемника; ф2 _ угол поворота вала ведущей шестерни привода подъемника.
Частота собственных колебаний для данной динамической системы определялась по формуле :
Как уже говорилось выше (п.3.3), анализ определения собственных частот для трехмассовои и двухмассовои систем позволяет сделать вывод, что разница между значениями частот собственных колебаний составляет менее 5% и для дальнейшего определения нагрузки привода подъемника вполне достаточно упростить динамическую систему до двухмассовои. В таблице 3.4. приведены частоты собственных колебаний для двух-масссовых и трехмассовых динамических систем механизма привода подъемника. Сравнение 2-х полученных частот 3-х массовой динамической системы (при исключении самой низкой) с частотой собственных колебаний 2-х массовой динамической системы показало, что значения этих частот при рассмотрении 2-х и 3-х массовой системы существенно не отличаются друг от друга, а учитывая что, зачастую, в настоящее время в строительстве используют грузопассажирские строительные подъемники без противовеса, то естественным будет рассмотрение в дальнейшем 2-х массовой динамической системы рис.3.7.
Таким образом, анализ собственных частот трехмассовой и двухмассо-вой динамической системы привода грузопассажирского строительного подъемника позволяет сделать следующий вывод: для дальнейшего исследования динамической нагруженности привода вполне достаточно проводить исследование двухмассовой динамической системы.
Кроме того нужно отметить, что:- изменение жесткости элементов (тросов), соединяющих противовес и грузовую каретку в пределах троекратного изменения практически не влияет на величину частоты собственных колебаний привода подъемника;- с увеличением нагруженности кабины, (т.е. приведенного момента инерции кабины груза и массы привода), происходит снижение частоты собственных колебаний на ЮН 5% для реечных подъемников и 20 25% для канатных подъемников;- определение собственных частот динамической системы и сравнение их с частотой вынужденных колебаний показало, что при большой длине канатов, соединяющих противовес с грузовой кареткой возможно возникновение резонанса. Для исключения резонанса применяют демпфирующие устройства крепления канатов, а при больших высотах используют подъемник без противовеса.
Методика определения нагрузки привода строительного подъемника при неустановившемся режиме работы, и при постоянном или переменном моменте электродвигателя
При выборе комплектующего оборудования привода подъемника (электродвигателя, муфт, тормозов, редуктора), а также для расчета валов и зубчатых передач редуктора возникают трудности с определением расчетной нагрузки и режимов нагружения.
Решение системы линейных уравнений (4.4) относительно упругого момента в механизме привода подъемника будет следующим:здесь (3 - круговая частота собственных колебаний динамической системы.
Определение режимов нагружения привода подъемника проведем в следующей последовательности:
Для каждого значения Qj из табл. 4.1 определим максимальное значение упругого момента Мупр П1ах., используя данные табл.4.3. При этом в уравнении (4.5 ) будут изменяться значения момента инерции 12 и приведенного момента М2 за счет различных значений Qj.
Максимальное значение Мупр. для каждого значения Qj /Qmax (для всех вариантов строительных подъемников) приведены в таблице 4.4. . Зная максимальные значения Мумр. и косинусоидальный характер его изменения, по На одном рисунке построим косинусоиды изменения Мупр j для каждого значения Qi за четверть периода колебаний Т, принятым за единицу. Период собственных колебаний в зависимости от Qj будет иметь разные значения по величине, но характер его не изменится.
На рис.4.2. представлены косинусоиды изменения Мупр. за четверть периода колебаний Т для каждого значения Qi для строительного подъемника варианта №5 .
Полученные зависимости Мупр. изображены графически в виде четверти периода колебаний, так как этого будет достаточно для определения характера и значений Мупр. вследствие его дальнейшего повторения. Для получения диаграммы нагрузки привода разобьем значение МУпр max , полученного при Qn1ax , на m частей (m = 10). На каждой косинусоиде Му„р І определим часть четверти периода Atm,, при которой упругий момент в механизме соответствует значению (Мупр m - Мупр m_i). Значение Atrrij на каждой косинусоиде упругого момента в приводе подъемника умножим на отношение t/T (табл. 4.1), соответствующее грузоподъемности Q(, определяющей, косинусоиду упругого момента в данном интервале (М упр m - Myiip щ-1.). Просуммируем произведение Atmj-(ti/T)i для каждого интервала упругого момента в механизме привода (Мупр П1 - Мупр m.i). Это соотношение будет соответствовать нагружению привода моментом Мупр m за весь срок службы, т.к. EAtnij tj/T) = 1.
По полученным результатам (см. таблицу 4.5.) и разработанной методике построим диаграмму нагрузки привода строительного подъемника (вариант 5, рис. 4.3).
Для решения этой задачи используем методику, выработанную при определении нагрузочного момента действующего па привод подъемника при неустановившемся движении и постоянном моменте электродвигателя.
Воспользуемся полученной типовой зависимостью использования строительного подъемника по грузоподъемности (рис.2.13) и, разбив ее на 8 частей, получим в относительных координатах какую часть времени ti/T подъемник эксплуатируется при возведении зданий с грузоподъемностью Qi/Q max (см.таблицу 4.1.).
Затем для восьми значений Qi /Q max определим максимальные Му„р. в режиме переходных процессов. При этом период собственных колебаний величины МуПр. будет иметь один и тот же конусоидальиый характер изменения, а по величине будет иметь разные значения в зависимости от Qi .
Для определения максимальных значений Му1ф. в соответствии с Q; запишем в этом случае систему уравнений двухмассовои динамической системы в следующем виде: где:її, Ь - соответственно приведенные моменты инерции вала электродвигателя и веса груза, кабины с приводом, грузовой каретки; ф і и ф2- углы поворота соответственно вала электродвигателя и ведущего вала-шестерни редуктора привода;Е- нормативно-допустимое ускорение движения кабины строительного подъемника (3-10 м/с ). [ 43 ];At - интервал приращения времени до следующего расчетного значения.
Составим блок-схему расчета динамической нагрузки привода подъемника при неустановившемся движении (рис.4.4).Пояснение к блок-схеме расчета динамической нагрузки привода подъемника при неустановившемся движении и с учетом пусковой характеристики электродвигателя приведено на рис.4.5..
Примем за 1-ый участок (переходные режимы работы) часть пусковой характеристики электродвигателя от М0 до М] ; за 2-ой участок (переход к установившемуся движению - 3-й участок) примем часть пусковой характеристики электродвигателя от Mi до М2.При этом: (t возрастает до достижения фі = (ру после чего убывает до 0 с тем же интервалом).max
Далее проводим расчет максимальных значений Му„р. согласно приведенной ранее блок-схеме (рис.4.4) для каждого из восьми значений Q/Q и сводим расчетные величины в таблицу 4.6. Используя методику, приведенную в п. 4.2.1 получим данные величины упругого момента (таблица 4.7) и построим диаграмму нагрузки привода подъемника при неустановившемся режиме работы и переменном моменте электродвигателя.(рис. 4.7.).
