Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Предмет исследования 12
1.1 Схемы передачи грузов в море 12
1.2 Объект исследования 21
1.2.1 Схемы применения судового универсального крана 22
1.2.2 Работа гидравлической системы : 25
1.2.3 Работа грузовой лебёдки в режиме траверзной передачи грузов 31
1.3 Проблематика исследования 37
1.4 Постановка задачи исследования 41
Глава 2. Динамическая модель работы крана в режиме траверзной передачи грузов с учетом влияния качки судов 44
2.1 Дифференциальные уравнения движения грузовой тележки 45
2.2 Дифференциальные уравнения движения элементов лебедки 50
2.3 Дифференциальные уравнения давлений 52
2.4 Динамические нагрузки на гидроцилиндры изменения вылета стрелы во время траверзной передачи грузов 58
2.5 Динамические нагрузки на механизм поворота крана во время траверзной передачи грузов 61
Глава 3. Методика расчета основных параметров крана 62
3.1 Методика статического расчёта траектории движения груза 64
3.2 Методика расчёта грузовой лебёдки 68
3.2.1 Методика решения задачи динамического исследования 69
3.2.2 Методика расчёта лебедки в режиме работы крана 71
3.3 Методика расчёта механизма изменения вылета стрелы 72
3.4 Методика расчёта механизма поворота 74
Глава 4. Исследование работы систем крана в различных условиях и режимах функционирования 78
4.1 Исследование работы грузовой лебёдки 81
4.2 Сопоставительный анализ расчётных и экспериментальных данных 101
4.3 Исследование нагрузок на гидроцилиндры механизма изменения вылета стрелы 103
4.4 Исследование усилий, испытываемых механизмом поворота 112
Глава 5. Оценка практического применения результатов исследования 116
Заключение 126
Список использованных источников 130
- Схемы применения судового универсального крана
- Дифференциальные уравнения движения элементов лебедки
- Методика решения задачи динамического исследования
- Сопоставительный анализ расчётных и экспериментальных данных
Введение к работе
Одним из главных направлений развития мировой цивилизации в третьем тысячелетии является освоение пространств и ресурсов Мирового океана [49]. Сущностью национальной политики ведущих морских держав и большинства государств мирового сообщества в обозримом будущем станут самостоятельная деятельность и сотрудничество, а также соперничество в освоении Мирового океана.
Обеспечение экономической независимости государства, возрастающие значения Мирового океана для развития человечества, его исключительный ресурсный потенциал, а также проблемы возможного межгосударственного раздела глубоководных районов Мирового океана в будущем определяют актуальность рассматриваемых в рамках Концепции развития глубоководных сил и средств Российской Федерации вопросов.
Согласно стратегии развития судостроительной отрасли в России выявлен комплекс задач, определяемый двумя главными документами -«Морской доктриной Российской Федерации на период до 2020 года» и «Военной доктриной Российской Федерации». Одна из них - создание судов ледового класса для морских перевозок, а также специализированных судов для рыболовного промысла, научно-исследовательской деятельности и других специализированных флотов [50]. В разработанной «Стратегии изучения и освоения нефтегазового потенциала континентального шельфа Российской Федерации на период до 2020 года» также ставится задача формирования необходимой транспортной инфраструктуры (в том числе и судов спецназначения). Добыча энергоресурсов всё дальше уходит с материка в море, что является перспективой на 30 - 50 лет. Поэтому судостроение - одно из самых приоритетных направлений развития российской экономики.
На вновь проектируемых судах потребуются современные средства передачи грузов, улучшающие условия грузообработки. Это обуславливает
необходимость в разработке специальных грузопередающих устройств для судов и кораблей, выполняющих подобные операции
Операция по передаче грузов с одного судна на другое в открытом море является одной из наиболее сложных. Актуальность этой проблемы и в настоящее время высока в связи с необходимостью передачи улова рыбы и готовой продукции в море с рыбопромысловых судов на базу и рефрижераторы, снабжения судов без захода их в порты, обеспечения буровых установок, пересадки с одного судна на другое или на стационарную платформу сменных команд.
На судах для производства погрузо-разгрузочных работ, передачи грузов в необорудованных портах и на рейдах устанавливаются различные грузовые устройства.
Средства передачи грузов контактным и траверзным способами описаны в [1] - [7] и обладают теми или иными недостатками.
Для передачи грузов контактным способом (непосредственно с борта на борт) применяются судовые краны, грузовые стрелы. При стоянке на тихой воде этот способ является самым удобным и быстрым.
Чтобы эффективно проводить такие операции в открытом море при качке судов, разработаны специальные устройства, оборудованные системами и приспособлениями для компенсации отрицательных факторов внешнего воздействия. Это, например, палубные краны со следящим устройством [7], которые применяются при передаче грузов в условиях повышенного волнения. Следящее устройство согласует движение подвешенного на гаке груза с относительными вертикальными перемещениями судов при качке. Недостатком таких устройств является то, что канат следящей лебедки необходимо закреплять за скобу на палубе принимающего судна при каждой грузовой операции.
Траверзный способ передачи грузов с судна на судно с использованием судовых канатных дорог является одним из самых перспективных и распространенных способов. Кроме того, траверзный способ позволяет
осуществлять передачу людей с корабля на корабль в открытом море, что приобретает значение при частичной смене экипажей и эвакуации пострадавших при невозможности подхода к терпящему бедствие судну. К недостаткам устройств траверзной передачи относится их громоздкость, необходимость специального оснащения судов и дополнительного оборудования на принимающем судне.
На флотах США, Англии, Германии и др. приняты различные модификации устройств передачи сухих грузов типа FAST, GEC [5] - [7] и др. В отечественной практике для снабжения судов и кораблей в открытом море созданы устройства траверзной передачи грузов типа «Струна» [8] - [13].
Вспомогательные краны устанавливаются на судах для производства грузовых операций в порту по обеспечению повседневных нужд судна провизией, горюче-смазочными материалами, запчастями и другими грузами как при стоянке у пирса, так и на рейде. На небольших судах их можно использовать для обработки перевозимых грузов, где высокая эффективность грузообработки не является решающим фактором. Такие краны с шарнирно-сочленённой стрелой [14] — [16] широко применяются ведущими зарубежными фирмами на рыбопромысловых, научно-исследовательских судах и судах других типов, где перемещение грузов должно быть быстрым и безопасным в сложных морских условиях.
Решение проблемы передачи грузов в открытом море имеет важное значение для промыслового флота, так как современное океаническое рыболовство характеризуется непрерывным расширением районов промысла и все большим удалением их от портов базирования.
В настоящее время на промысловых судах передача грузов осуществляется с помощью обычных палубных кранов или грузовых стрел, что в условиях волнения моря сопряжено с опасностью повреждения судов и грузов, а также нанесения травм людям. В то же время применяемый способ передачи грузов с помощью подвесных канатных дорог для производства
грузовых операций в море требует специально оснащенных судов и дополнительного оборудования на принимающих судах.
Объектом исследования настоящей диссертационной работы является судовой универсальный кран, предназначенный для применения и как крана, и как устройства для траверзной передачи грузов в море на ходу либо на стоянке
[17].
Судовой универсальный кран осуществляет грузовые операции в трех режимах:
режиме работы крана,
режиме работы крана со слежением,
режиме траверзной передачи грузов.
Грузовая лебёдка крана имеет два барабана, снабжённых независимыми приводными гидромоторами. Применение двухбарабанной лебёдки [18] позволяет обеспечивать крану как выполнение грузовых операций в обычном режиме, так и перемещение грузовой тележки между судами при его работе в режиме траверзной передачи грузов.
Конструкция нока обеспечивает возможность отклонения грузового каната от вертикального положения в режиме работы крана и отклонение грузового и несущего канатов на углы ± 30 от горизонтали при его работе в режиме траверзной передачи во всем диапазоне своего перемещения по высоте над палубой.
Кран оборудован следящей лебёдкой, которая обеспечивает безударную передачу грузов в режиме работы крана со слежением; подготовительные операции при подготовке к траверзной передаче грузов; измерение расстояния между судами с выдачей соответствующих сигналов, как оператору крана, так и в ходовую рубку передающего судна во время траверзной передачи грузов.
В режиме траверзной передачи грузов гидросистема крана [19] обеспечивает поддержание натяжения дороги с компенсацией изменения её длины при качке и рыскании передающего и принимающего судов и движение
грузовой тележки по дороге с безударным подходом-отходом относительно судов.
Сложность разработки и практического использования устройств траверзнои передачи грузов связана в основном с тем, что расстояние между точками крепления канатов непрерывно меняется в результате качки и рыскания судов. Канаты таких устройств в целях устранения чрезмерного провисания или разрыва находятся под постоянным натяжением, создаваемым автоматическими лебёдками.
Научная новизна работы заключается в том, что впервые рассматривается применение судового крана для передачи грузов траверзным способом. Для такого качественно нового устройства разработано математическое описание динамики его работы во время передачи грузов, а также создана методика расчета его основных параметров. Новизна технических решений подтверждена двумя патентами РФ.
Гидравлическая система исследуемого крана, работающего в режиме < траверзнои передачи грузов, конструктивно отличается от гидравлических систем существующих устройств подобной передачи. Существующие системы [30] содержат механический дифференциал, обеспечивающий синхронное вращение барабанов лебёдок, отслеживающих качку судов. В гидросистеме [19] рассматриваемого крана применён гидравлический дифференциал, представляющий собой делитель потока жидкости, поступающей на гидромоторы барабанов лебёдки.
Целью настоящего исследования является разработка математической модели динамики работы универсального крана в режиме траверзнои передачи грузов в условиях морского волнения и на её основе - методики расчетного обоснования выбора механизмов и элементов системы, а также обоснование возможности и эффективности применения подобного крана на судах.
Для этого необходимо разработать математические модели основных процессов и механизмов и программные реализации этих моделей, методику расчёта основных параметров судового универсального крана с учётом
особенностей его взаимодействия с внешними возмущающими воздействиями, обобщив и дополнив существующие методики расчёта кранов и канатных дорог.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решались следующие задачи:
анализ и обоснование выбора конструкции крана;
исследование возможностей его применения;
разработка математической модели основных процессов и механизмов крана и программные реализации этих моделей;
разработка методики расчёта основных параметров судового универсального крана с учетом особенностей его взаимодействия с внешними возмущающими воздействиями;
количественная оценка влияния переменных конструктивных параметров системы на динамический процесс передачи грузов
Достоверность исследований обеспечивается следующим:
проводится анализ существующих основных конструкций судовых кранов, а также устройств для траверзной передачи грузов;
расчетные и математические модели составлены на принципах математики с приложением основных законов физики, механики;
результаты численных экспериментов анализируются с учетом опыта ЦНИИ Судового Машиностроения по разработке и созданию устройств передачи грузов и применению электротехнического и гидравлического оборудования.
Судовой универсальный кран является качественно новым устройством для передачи грузов, выполняющим операции трёх типов устройств. Применение такого крана на судах рыбопромыслового флота, спасательных судах, судах снабжения приведёт к повышению эффективности передачи грузов на судах.
Разработка подобного крана направлена на усовершенствование средств передачи грузов на судах различных типов, а значит, позволит сократить число
механизмов, размещаемых на палубе, и как следствие уменьшить массу этих механизмов.
В итоге работы над диссертацией получены следующие основные научные результаты:
проведён анализ судового машиностроительного оборудования для передачи грузов в море;
рассмотрены особенности работы механизмов судового крана при передаче грузов траверзным способом;
составлены основные уравнения динамики работы крана при передаче грузов траверзным способом;
разработана методика расчёта на основе математической модели;
разработанная методика расчёта реализована в виде программного обеспечения;
с использованием разработанной методики выполнены численные исследования поведения крана при различных условиях передачи грузов.
Результаты исследований, проведённых в ходе работы над диссертацией, имеют практическое значение для проектирования судовых кранов с шарнирно сочленённой стрелой различного назначения, а также устройств траверзнои передачи грузов.
Основные результаты работы внедрены на предприятии ЗАО <<ЦНИИ СМ». Разработанная методика расчёта и её программная реализация применяются при техническом проектировании судовых кранов.
Расчеты по разработанной методике применялись при техническом проектировании крана КЭГС5012 «Универсал», КЭГ20031С.
Применение судового универсального крана на судах приведёт к новому качеству грузообработки и тем самым повысит эффективность судов.
По теме диссертации опубликованы следующие работы:
а) в изданиях, рекомендованных Перечнем ВАК РФ:
1 Иванова, М.А. Многофункциональный судовой кран / М. А. Иванова // Морской вестник. - 2007. - №3 (23). - с.62-65.
б) прочие публикации:
Поляков, В.Г., Попов, Е.В, Иванова, М.А. Универсальный судовой кран/ В.Г. Поляков, Е.В. Попов, М.А. Иванова // Науч.-техн. сборник «Судостроительная промышленность». Серия: «Технология и организация производства. Судовое машиностроение. Опыт проектирования и создания судовых механизмов». - 2002. - с.8-14.
Патент 2241633 Российская Федерация, МПК7 В 63 В 27/10, В 66 С 23/52. Судовой кран / Суслов В.Ф., Поляков В.Г., Попов Е.В., Мишин В.И., Бутаков В.А., Иванова М.А., заявитель и патентообладатель ЗАО «ЦНИИ судового машиностроения». - № 2002131413 заявл. 14.11.2002 ; опубл. 10.12.2004, Бюл. № 34 - 8 с.: ил.
Патент №2262464 Российская Федерация, МПК7 В 63 В 27/30, В 66 С 13/42. Гидравлическая система судового крана / Поляков В.Г., Иванова М.А., Попов Е.В., Бутаков В.А., заявитель и патентообладатель ЗАО «ЦНИИ судового машиностроения». - № 2003120434/11 заявл. 25.06.2003 ; опубл. 20.10.2005, Бюл. №29-9 с. :ил.
Исследование динамики работы судового крана в режиме траверзной передачи грузов: отчет о НИР / ВНТИЦ РФ ; рук.: Ефимов О. И.; исполн.: Иванова М. А. - СПб., 2005. - 43 с. - Библиогр.: с. 43. - № ГР 01.2.00605233. -Инв. № 02.2.00603268 (автор 100%).
Иванова, М.А. Расчет параметров крана в режиме траверзной передачи грузов в море / М.А. Иванова // Науч.-техн. сборник «Судостроительная промышленность». Серия: «Технология и организация производства. Судовое машиностроение. Опыт проектирования и создания судовых механизмов». -2005. - с.128-136. (автор 100%).
Здрогов, В.Б., Георгиев, А.А, Иванова, М.А. Проблемы создания судовых и специальных универсальных кранов / В.Б. Здрогов, А.А. Георгиев, М.А. Иванова // Науч.-техн. сборник «Судостроительная промышленность». Серия: «Технология и организация производства. Судовое машиностроение. Опыт проектирования и создания судовых механизмов». - 2007. - с.21-35.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка из 50 наименований, содержит 134 страницы основного текста, 58 рисунков и 3 таблицы.
Схемы применения судового универсального крана
На рисунке 1.6 представлен общий вид крана и варианты его применения с возможностью передачи грузов в трёх режимах [17]: а) режиме работы крана, б) режиме работы крана со слежением, в) режиме траверзной передачи грузов. На рисунке обозначены: 1 - корпус, 2 - лебёдка грузовая, 3 - барабан натяжной, 4 - барабан грузовой, 5 — лебёдка следящая, 6 - основная секция стрелы, 7 - хобот, 8 -канат несущий, 9 - канат грузовой, 10 - обойма поворотная, 11 - подвеска грузовая, 12 - нок поворотный, 13 - канат следящей лебёдки, 14 -гидроцилиндры, 15 - тележка грузовая, 16 - блок принимающий, 17 - якорь-груз, 18 -передающее судно, 19 -принимающее судно. Работа крана осуществляется следующим образом. Изменение вылета стрелы - основной секции 6 и хобота 7 осуществляется с помощью гидроцилиндров 14 двухстороннего действия, обеспечивающих необходимый угол наклона частей стрелы при изменениях направления нагрузки, возникающих как в процессе работы, так и при укладке стрелы в положение «по-походному».
Грузовая лебёдка 2 имеет два барабана - грузовой 4 и натяжной 3, снабженных независимыми приводными гидромоторами. Грузовой барабан 4 посредством грузового каната 9 обеспечивает подъём-спуск груза при грузовых операциях в режиме крана. Этот же барабан при траверзной передаче грузов, является тяговым и обеспечивает перемещение тележки 15 между судами с заданной скоростью. Натяжной барабан 3 обеспечивает натяжение несущего каната 8 с заданным усилием.
Конструкция нока 12 обеспечивает возможность отклонения грузового каната от вертикального положения в режиме работы крана и отклонение грузового и несущего канатов на углы ± 30 от горизонтали при его работе в режиме траверзной передачи во всем диапазоне своего перемещения по высоте над палубой. Кран оборудован следящей лебёдкой 5, обеспечивающей: - выдачу сигнала, пропорционального взаимным вертикальным перемещениям нока 10 и палубы пришвартованного судна в режиме работы крана со слежением при качке рядом стоящих судов или судна относительно пирса; - подготовительные операции по передаче принимающего блока 16 с канатной дорогой на принимающее судно 19 при подготовке к траверзной передаче грузов; - измерение расстояния между судами с выдачей соответствующих сигналов, как оператору крана, так и в ходовую рубку передающего судна 18.
При работе крана со слежением (рисунок 1.66) следящей лебёдкой 5 на палубу пришвартованного судна опускается якорь-груз 17 и следящая лебёдка 5 переводится в режим слежения. Сигнал, вырабатываемый следящей лебедкой 5, складывается (или вычитается) с сигналом, поступающим от рукоятки управления грузовым барабаном 4 таким образом, что на скорость подъёма-спуска груза автоматически накладывается скорость относительного перемещения нока 12 и палубы пришвартованного судна. Тем самым обеспечивается безударная перегрузка грузов. После завершения грузовой операции якорь-груз 17 поднимается следящей лебёдкой 5.
При работе в режиме траверзной передачи грузов осуществляется бесконтактный способ передачи грузов с одного судна на другое, при котором перемещение грузов происходит по натянутым между судами канатам посредством грузовой тележки 15 (рисунок 1.6в).
При подготовке крана к передаче грузов траверзным способом грузовая подвеска 11 заменяется принимающим блоком 16, а несущий 8 и грузовой 9 канаты крепятся к грузовой тележке 15. Канат 13 следящей лебёдки 5 закрепляется на принимающем судне 19, по нему принимающий блок 16 вспомогательным линем перетягивается командой принимающего судна и крепится к скобе или проушине на надстройке принимающего судна 19. В режиме траверзной передачи грузов гидросистема крана обеспечивает поддержание натяжения дороги с компенсацией изменения её длины при качке и рыскании передающего 18 и принимающего 19 судов и движение тележки 15 по дороге с безударным подходом-отходом относительно судов.
На передающем судне 18 после стыковки тележки 15 с ноком 12 обеспечивается снижение натяжения дороги, и груз может быть опущен, поднят, перемещён в нужное место на палубе путем изменения вылета стрелы и поворота крана. На принимающем судне 19 спуск-подъем груза осуществляется с помощью ручной лебёдки, установленной на грузовой тележке 15.
Насос 11 постоянной подачи обеспечивает поочерёдную зарядку аккумулятора 9 и бака с наддувом 14 [19]. При давлении 16 МПа в системе срабатывает реле давления 50, что обеспечивает подачу управляющего сигнала на предохранительный клапан 48. Вся подача насоса 11 направляется в бак 14 с наддувом, давление в котором поддерживается в соответствии с настройкой клапана 47 - не более 1,2 МПа. По мере расхода рабочей жидкости из аккумулятора давление в системе падает и при достижении 15 МПа срабатывает реле 51 давления. Сигнал от реле 51 снимает управляющий сигнал с клапана 48 и рабочая жидкость от насоса 11 через обратный клапан 52 и фильтр 53 поступает на зарядку пневмогидроаккумулятора 9 с газовым баллоном 10. Таким образом, давление в аккумуляторной системе поддерживается постоянным в пределах от 15 до 16 МПа. От пневмогидроаккумуляторной системы через редукционный клапан 49 обеспечивается питание системы управления с давлением 5,5 МПа.
Дифференциальные уравнения движения элементов лебедки
Для составления дифференциальных уравнений движения элементов лебёдки в качестве обобщённых координат приняты углы поворота барабанов лебёдки щ [35]. Обобщёнными силами являются моменты сил, приведённые к барабанам лебёдки.
При работе крана в режиме слежения за передающим судном (рисунок 1.9) гидромотор 6, соединенный с насосом 12, обеспечивает перемещение груза по канатной дороге. Поэтому в уравнении (2.9) q 2 = 0 при движении грузовой тележки с постоянной скоростью.
Как следует из приведенного в 1.2.3 описания работы лебёдки прохождение рабочей жидкости в режиме слежения за передающим или в режиме слежения за принимающим судном происходит по разным схемам.
Для определения перепада давлений (pi - Р2) на гидромоторе потребуется записать уравнения расходов гидравлического привода для двух режимов слежения: за передающим и за принимающим судами. Расчетные схемы приведены на рисунке 2.2 (обозначения позиций соответствуют обозначениям на рисунках 1.7, 1.9, 1.10).
Примем следующие допущения: - длина трубопровода настолько мала, что можно пренебречь влиянием волновых процессов в магистралях на динамику привода, - объемный модуль упругости жидкости - величина постоянная, - температура жидкости в процессе движения не изменяется, - гидравлическими потерями в трубопроводах можно пренебречь.
Анализ уровня объёмных потерь [35] в гидромоторах, которые возникают в результате перетекания жидкости из напорных полостей в сливные или атмосферу и прямо пропорциональны перепаду давлений, показал, что суммарные объёмные потери составляют ничтожную долю расхода, определяемого гидромоторами.
Задачей расчета канатной дороги является выбор и обоснование мощностных конструктивно-технологических характеристик основных узлов систем, обеспечивающих передачу грузов траверзным способом, при заданных массе передаваемого груза, расстоянии между судами и балльности волнения, определяющей параметры качки, и высотах точек подвеса.
При оценке динамических свойств систем для сравнения необходимо иметь результаты расчета системы при статическом действии внешних сил.
Для решения этой задачи применяют схему расчета, в которой как первое приближение рассматривается система при статическом действии внешних сил. Динамика процесса учитывается введением коэффициента динамичности.
Главным преимуществом крана, проводящего траверзную передачу грузов, по сравнению с традиционными канатными дорогами является возможность варьирования высотным расположением точек подвеса в зависимости от условий колебаний судов, их размеров, условий осуществления передачи грузов.
Рассмотрим статический расчёт применительно к исследуемой системе судового крана, работающего в режиме траверзной передачи грузов и методику инженерного подхода.
Эту задачу точнее было бы назвать квазистатической, так как на самом деле не может существовать никаких равновесных положений в системе в процессе ее эксплуатации. Смысл расчётов заключается в том, что для фиксированного положения кораблей определяется квазиравновесное состояние судового крана с канатной дорогой в предположении, что он лишен инерционных свойств. Причем этот расчёт не учитывает динамики колебаний груза, возникающих при качке судов.
В решение задачи статики входит расчёт траектории перемещения грузовой тележки по канатной дороге, а также определение усилий в канатах. Это даёт возможность применения такого расчёта для подбора привода системы на начальных этапах проектирования.
Методика решения задачи динамического исследования
Задача о нахождении динамических характеристик судового крана, работающего в режиме траверзной передачи грузов, оказывается сложной в силу ряда особенностей системы уравнений, описывающих его работу.
Предметом рассмотрения является математическая модель судового крана. Система дифференциальных уравнений, огшсывающих движение элементов крана, имеет высокий порядок, содержит сильные нелинейности физического и геометрического характера и может быть решена численным интегрированием по методу Эйлера.
В качестве характеризующих систему факторов приняты натяжения в канатах, давление в гидросистеме, возвышение груза над волной.
Знание усилий в канатах позволяет оценить параметры лебёдки крана. Ускорения характеризуют динамические перегрузки, воспринимаемые грузом в процессе движения. Возвышение груза над поверхностью моря является показателем безопасности передачи груза.
Для режима траверзной передачи грузов усилия Тц1 и Тц2 в гидроцилиндрах рассчитываются по формулам (2.16), (2.17), где натяжения канатов 7} и St вычисляются по (2.3)-(2.6). Полученные усилия Тцї и Тц2 сравниваются с допустимыми усилиями Тц оп и Тц2доп, вычисленными по (2.20), (2.21).
По результатам расчётов делается вывод о возможности работы механизма поворота крана и опоры крана. Глава 4. Исследование работы систем крана в различных условиях и режимах функционирования
Для предварительной оценки траектории груза при движении его по канатной дороге можно воспользоваться решением статической задачи, расчётная схема которой изображена на рисунке 3.1. Предельные траектории грузовой тележки в этом случае вычисляются по формулам (3.1) - (3.3). Эти траектории отражают зазор z между днищем контейнера с грузом и вершиной волны при максимальном и минимальном удалении точек подвеса вследствие качки судов во время передачи груза траверзным способом. В качестве начальных условий приняты: Начальное расстояние между судами LQ — 60 м. Масса груза с тележкой т = 1200 кг. Суммарное натяжение канатов IT- 42000 Н. Высота контейнера с грузом hap = 2,73 м. Вес погонного метра каната q = 11,2 Н/м для грузового (тягового) каната 16,5-Г-1-С-Н-1570(160), выбранного по ГОСТ 7668-80 [39]. Разрывное усилие каната Рразр = Ттах-пк = 2,6-104 -5 = 130000 Н, где Ттах — 2,6 104 — максимальное натяжение каната, пк = 5- запас прочности каната. В таблице 4.1 приведены обобщенные значения амплитуд бортовой 0, и вертикальной Q качек и их периодов z, передающего и принимающего судов при волнении моря 4 балла (по данным ЦМКБ "Алмаз").
Сопоставительный анализ расчётных и экспериментальных данных
Оценить адекватность математической модели процесса передачи груза траверзным способом возможно, сравнив результаты практического и теоретического исследований.
На рисунке 4.24 приведена экспериментальная зависимость вертикальной составляющей ускорения груза [30] при его движении по канатной дороге.
Для сравнения с этой зависимостью необходимо провести численный эксперимент с такими же исходными данными по проверяемой математической модели процесса передачи груза траверзным способом с помощью судового крана. В результате решения системы дифференциальных уравнений (2.1) -(2.15) получена вертикальная составляющая ускорения груза при его движении по канатной дороге в режиме слежения за передающим судном во время траверзной передачи судовым универсальным краном.
Из сопоставления этих рисунков видно, что расчётные данные, полученные решением системы дифференциальных уравнений, представленной в настоящей работе, удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными. Причём в большей степени можно говорить о качественном соответствии графиков.
Несоответствие может объясняться различием в процессах выхода груза на канатную дорогу, сдвигом начальных фаз качки судов в опытном и расчетном вариантах. Усилия в гидроцилиндрах изменения вылета шарнирно-сочлененной стрелы можно определить по (3.6), (3.7). Причём определение усилий следует провести в несколько этапов. Первый этап - при постоянном угле раскрытия хобота стрелы а = 133 и переменном угле подъёма основной секции стрелы Фстр = 0 т 78 (рисунок 3.2). В результате получим усилия, представленные на рисунке 4.26.
На втором этапе проведём определение усилий при постоянном угле подъёма основной секции стрелы ф и переменном угле раскрытия хобота стрелы ах=0-ИЗЗ. Результаты этого этапа представлены на рисунках 4.27, 4.28. Отрицательные значения усилий в гидроцилиндрах хобота стрелы означают, что нагрузка действует со стороны штоковой полости гидроцилиндра.
Во время движения груза по канатной дороге нагрузка на гидроцилиндры изменения вылета стрелы не должна превышать допустимых значений. Усилия в гидроцилиндрах хобота и основной секции стрелы во время траверзной передачи грузов определяются по (2.16), (2.17). Если Тц1 и Тц2 превысят значения допустимых усилий Тцідоп и ТЦ2доп, гидроцилиндры не удержат канатную дорогу и необходимо выбирать гидроцилиндры других размеров.
Из представленных рисунков видно, что усилия в гидроцилиндрах изменения вылета стрелы во время траверзной передачи грузов при различных положениях точек подвеса не превышают допустимых усилий.
Момент сопротивления повороту крана определяется для максимальных нагрузок рабочего состояния с учетом максимальной ветровой нагрузки qB -400 Н/м2 и максимального крена 0О = 5 и для нормальных нагрузок рабочего состояния с учетом нормальной ветровой нагрузки qB = 250 Н/м2 и без крена.
