Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ литературных источников и патентной информации по способам уменьшения раскачиваний груза на гибком подвесе при работе грузоподъемных кранов 8
1.1. Анализ литературных источников и классификация способов уменьшения раскачиваний груза на гибком подвесе 8
1.1.1. Классификация способов уменьшения раскачиваний груза на гибком подвесе 8
1.1.2. Электрические способы 8
1.1.3. Механические способы 16
1.2. Анализ патентной информации и прогнозирование развития способов уменьшения раскачиваний груза на гибком подвесе 18
1.2.1. Общие положения прогнозирования и цель его проведения 18
1.2.2. Электрические способы 20
1.2.3. Механические способы 27
1.3. Выводы 33
2. Разработка математических моделей режимов работы стреловых кранов с пространственными подвесами груза наканатах 34
2.1. Обзор литературных источников и допущения при построении модели 34
2.2. Расчетные схемы подвесов груза и их динамические характеристики 37
2.3. Вывод системы дифференциальных уравнений, описывающей движение крана с грузом при совместной работе механизмов подъема, поворота и изменения вылета 42
2.4. Частные случаи работы механизмов крана 53
2.5. Определение нагрузок на кран от раскачивающегося на канатах груза 57
2.6. Выводы 67
3. Реализация математических моделей стреловых кранов на ЭВМ 69
3.1. Работа механизма поворота крана 69
3.1.1. Дифференциальные уравнения движения 69
3.1.2. Описание программы A/DA/. 74
3.2. Оптимизация пусковой диаграммы привода механизма поворота крана и сравнение двух схем подвесов груза 77
3.2.1. Постановка задачи 77
3.2.2. Результаты расчета 88
3.3. Моделирование цикла работы крана с целью получения эксплуатационных нагрузок ЮЗ
3.3.1. Постановка задачи и дифференциальные уравнения движения ЮЗ
3.3.2. Описание программы NIK юз
3.4. Выводы ПІ
4. Упрощенная методика определения нагрузок на кран от раскачивающегося на канатах груза 112
4.1. Вывод формул для определения нагрузок 112
4.2. Результаты расчетов для схемы I и их анализ 118
4.3. Расчет предполагаемого экономичесюго эффекта от внедрения результатов работы 127
4.4. Выводы 133
Основные выводы 135
Литература 137
Приложение I. Список идентификаторов к программам NDNTLNIK 151
Приложение 2. Программа N0N 152
Приложение 3. Программа АҐІК
- Анализ литературных источников и классификация способов уменьшения раскачиваний груза на гибком подвесе
- Обзор литературных источников и допущения при построении модели
- Работа механизма поворота крана
- Вывод формул для определения нагрузок
Анализ литературных источников и классификация способов уменьшения раскачиваний груза на гибком подвесе
При анализе литературных источников и патентной информации воспользуемся классификацией, разработанной в работе (бб) и приведенной на рис.1.1. Исключим из рассмотрения способ пМаневриро-вание механизмами при ручном управлении", когда уменьшение раскачиваний груза достигается за счет дополнительных движений механизмов, осуществляемых оператором с помощью ручного управления. С увеличением рабочих скоростей этот процесс усложняется и приводит к быстрой утомляемости оператора J66J. В механических способах не будем рассматривать краны с шарнирно-рычажными подвесами груза (авт.св. СССР !Ь 347286) и конструктивные решения с так называемым полужестким подвесом груза (авт.св. СССР й 502830; патенты США JS 3850306; Англии J I0225I7), при которых грузоподъемное устройство или груз фиксируются после подъема или упорами на металлоконструкции крана. Эти подвесы груза имеют свои специфические конструктивные особенности.
Обзор литературных источников и допущения при построении модели
Важная задача динамики кранов с подвешенным на канатах грузом решалась рядом видных отечественных и зарубежных ученых: А.Л.Алейнером, В.И.Брауде, Д.П.Волковым, М.М.Гохбергом, Н.И.Григорьевым, Н.И.Ерофеевым, С.А.Казаком, Б.С.Ковальским, М.С.Комаровым, В.Ф.Сиротским, H.Dresig, H.Hannover F.SedlmayerjM.Scheffler и др. Созданы различные обобщенные математические модели кранов [2,22,52,90,103J и расчетные схемы механизмов передвижения и вращения [10,39,45,122] с гибким подвесом груза; рассмотрены вопросы оптимального управления механизмами кранов с целью гашения колебаний груза [3,37,75,90,115,120,121,127] . Фундаментальность имеющихся исследований несомненна. Однако подавляющее большинство авторов считало возможным рассматривать груз на канатах как математический маятник.
Между тем моделировать пространственный подвес груза математическим маятником можно лишь в частных случаях. Такая схематизация не учитывает специфики пространственного подвеса груза, на что указывает ряд авторов на основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований [23,64,117]. Особенно важен этот учет для стреловых кранов, где нагрузка от раскачивающегося груза имеет существенное значение. Однако в большинстве работ специфика пространственного подвеса груза рассматривалась применительно к мостовым кранам [57,59,65,11 ; для стреловых кранов имеется незначительное количество работ J23,I08j. Две работы: А.О.Мир - 35 кеева [_58] и А.Н.Орлова [64J могут быть использованы в обоих случаях, так как в них рассматриваются подвесы груза по обобщенным схемам.
Для повышения производительности и надежности стреловых кранов необходимо уменьшить колебания груза, возникающие при работе его механизмов [бЗ]. Эта конструктивная задача имеет свою историю [119]. До недавнего времени она решалась в основном применением оттяжных канатов для снижения раскачиваний груза в плоскости качания стрелы для портальных и башенных кранов [17,20,95] или схем двойного подвеса J2IJ ; эффект пространственной nV-образной запасовки не использовался. Отсутствуют также исследования по влиянию схемы запасовки подъемных канатов и инерционных характеристик груза на величины нагрузок на стреловыи кран от раскачивающегося на канатах груза.
Подавление раскачиваний груза при помощи автоматического или программного управления, а также путем введения соответствующих обратных связей в электроприводе является решением сложным и не всегда оптимальным по ряду критериев [55]. Поэтому из электрических способов уменьшения раскачиваний груза, как это было показано в главе I, наиболее дешевыми и удобными в практическом отношении являются «Плавное протекание переходных процессов". Это может быть достигнуто применением в механизмах поворота стреловых кранов гидропривода 5lJ, при бесступенчатом управлении двигателем механизма поворота [28], за счет соответствующего выбора уставок реле [і], торможения с помощью генератора вихревых токов [106,124] или управляемых тормозов [7,101,105, 118].
Работа механизма поворота крана
Исследуем процесс раскачиваний груза на подвесах по схемам I и 2 на рис. 2.1, когда работает только механизм поворота крана. При этом возникают большие, чем при работе механизма изменения вылета, отклонения центра масс груза от положения равновесия и нагрузки на кран, так как линейные скорости и ускорения при работе механизма поворота выше, чем при работе механизма изменения вылета.
Будем использовать полученные нами системы дифференциальных уравнений (2.32) и (2.33), описывающие процесс движения крана с грузом, когда работает только механизм поворота крана, введя в них некоторые упрощения. Обычно ось М? является осью симметрии груза, тогда Jz = -0 . Центробежный момент инерции Jzn может быть не равен нулю, но этой величиной можно пренебречь вследствие ее малости.
На рассеивание энергии при колебаниях груза на канатах влияют потери в цапфах блоков, потери на изгиб канатов и трение канатов о барабан, потери за счет сопротивления воздушной среды ввиду значительных размеров груза. Мы не располагаем надежной информацией о распределении сил трения в системе, а можем оценить лишь интегральный эффект, например логарифмический декремент колебаний или коэффициент поглощения. В этих условиях, учитывая малость рассеивания энергии [2lf, любая разумная гипотеза о распределении сил трения является приемлемой. Однако использование теорий, приводящих к вычислительным трудностям при учете рассеивания энергии, может быть оправдано только в том случае, если требуется повышенная точность, например, при расчете резонансных режимов колебаний, при наличии в системе демпферов колебаний, при исследовании цикла работы крана, когда возможно наложение колебаний.
Нас будут интересовать, в основном, максимальные значения отклонений центра масс груза от положения равновесия и нагрузок на кран от раскачивающегося на канатах груза; при этом рассеивание энергии, учитывая ее малость, можно не учитывать.
Вывод формул для определения нагрузок
Для определения нагрузок на кран от раскачивающегося на канатах груза при работе механизма поворота крана с использованием полученных формул (2.58) и (2.59) необходимо решать системы уравнений (3.1) и (3.2), что возможно только с применением ЭВМ. Однако для расчета максимальных нагрузок на кран при некоторых допущениях формулы могут быть получены в конечном виде.
Исследуем более подробно запасовку канатов по схеме I, для чего рассмотрим систему уравнений (4.2). Максимальное значение величины отклонения центра масс груза от положения равновесия Хт можно определить, используя дифференциальное уравнение
