Каряченко Н.В.
Национальная металлургическая академия Украины
К ВОПРОСУ ОБ
ИССЛЕДОВАНИИ ДИНАМИКИ КАНАТОВ ГРУЗОТРАНСПОРТИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ
С ПОДВИЖНОЙ ИНЕРЦИОННОЙ НАГРУЗКОЙ
В настоящее время в различных отраслях народного
хозяйства (горнодобывающая промышленность, строительство, сельское
хозяйство, заводы и др.) применяются грузотранспортирующие установки,
предназначенные для транспортировки штучных грузов, дискретно закрепленных
на гибком тяговом органе, выполненном в виде одного или нескольких параллельных канатов, цепей, лент
расположенных горизонтально, вертикально или наклонно. К ним относятся
как машины непрерывного действия, так
и установки циклического действия. Среди них, такие как подвесные
канатные дороги стационарного типа, переносные канатные дороги и краны, установки
вертикального подъема, установки, применяемые при наклонном подъеме в карьерах,
элеваторы люлечного и полочного типов и др.
Общей характерной особенностью является то, что
в них достаточно протяженные, прямолинейно ориентированные участки
гибкого тягового органа, с закрепленными на нем несколькими штучными грузами, опираются в поперечном
направлении на дискретно расположенные промежуточные опоры. Во
время работы установок на участках между опорами одновременно
может находиться от одного до четырех-шести и более движущихся сосредоточенных
грузов, совершающих продольные и
поперечные колебания вместе с тяговым органом.
Математическая модель продольных и поперечных
колебаний, происходящих в таких органах аналогична математической
модели, описывающей продольные и поперечные колебания канатов
грузотранспортирующих канатных устройств, несущих подвижную распределенную
и дискретную инерциальную нагрузку. Несмотря на большое количество
теоретических работ, посвященных исследованию в области динамики
таких систем, до настоящего времени многие вопросы еще требуют своего
более глубокого исследования. Практика эксплуатации грузотранспортирующих
систем показывает, что динамические процессы, происходящие при
их работе, в ряде случаев принимают неустойчивый характер, амплитуды
поперечных и продольных колебаний канатов с грузами возрастают
до опасных для безопасной эксплуатации пределов (например, раскачка
кабин на канатных дорогах и др.). Разработка технических мероприятий,
обеспечивающих устойчивую работу таких установок, требует более
полного раскрытия закономерностей протекания динамических процессов,
происходящих в тяговых органах с полным учетом их характерных особенностей.
Эти особенности заключаются в дискретном расположении нескольких
движущихся сосредоточенных грузов на одном участке между двумя
соседними промежуточными опорами, влиянии скорости движения на
волновые процессы в канатах грузотранспортирующих устройств.
Динамика
канатов грузотранспортирующих устройств, несущих подвижную распределенную
и дискретную инерциальную нагрузку была исследована при одноволновом
представлении решения разрешающих уравнений движения, т.е. при представлении
решения в виде одной группы стоячих волн. Однако, такое представление
дает неполную, и в большинстве случаев, ошибочную картину протекания
динамических процессов, происходящих в таких системах, а именно,
колебания в них осуществляются в виде суммы двух групп стоячих волн
с одинаковыми частотами, но различными формами и фазами колебаний.
Поэтому, при одноволновом представлении решения разрешающих уравнений
при любом числе удерживаемых в решении членов, невозможно полностью
описать динамические процессы, так как не учитывается вторая группа
колебаний, связанная со скоростью движения массовой нагрузки.
В работах, посвященных
исследованию динамики канатов грузотранспортирующих устройств,
несущих подвижную массовую нагрузку и учитывающих двухволновой характер
процессов, происходящих в них, в основном, рассматриваются решения
для систем с равномерно распределенной по длине массовой нагрузкой.
В то же время, наличие в ней дискретных
масс грузов оказывает существенное влияние на качественную картину
и количественные характеристики динамических процессов исследуемых
объектов. Например, при рассмотрении поперечных колебаний канатов
таких устройств наличие одного сосредоточенного груза вызывает не только
количественные изменения частоты колебаний и критической скорости,
но и качественный характер их поведения. При равномерно распределенной
инерциальной нагрузке критическая скорость движения (скорость, определяющая
зону устойчивости работы системы, выход за пределы которой приводит к резкому возрастанию динамических
нагрузок и снижению работоспособности системы), и частота
колебаний, являются постоянными во время всего рабочего цикла и
зависят только от конструктивных параметров установки и значения
массовой нагрузки. При наличии дискретно расположенных грузов на
несущем канате критическая скорость и частота колебаний зависят
не только от масс этих грузов и параметров установки, но и от их положения
во время движения между опорами,
расстояний между ними, то есть они становятся переменными. Кроме
того, не менее важным является вопрос, при каком числе неравномерно
расположенных разной массы грузов между опорами, решение, учитывающее
их количество, значение массы и расположение, может быть заменено
приближенным решением разрешающих уравнений при осредненных коэффициентах,
дающим вполне достаточную точность для практических расчетов.
Все вышесказанное показывает, что выявление закономерностей
изменения основных динамических параметров (частот, форм колебаний и
критической скорости) для подъемных и транспортных установок необходимо
для их правильного проектирования и безопасной эксплуатации и является
актуальной научно-технической задачей.
Литература.
1.
Горошко О.А., Савин Г.Н. Введение в механику одномерных деформируемых
тел переменной длины. -
К., 1971. - 224 с.
2.
Савин Г.Н.,
Горошко О.А. Динамика нити переменной длины. - К.: Наук. думка, 1962. - 332 с.
3. Горошко О.А., Демьяненко А.Г., Киба С.П. Двохвильові процеси в механічних системах. – К., 1991. – 188 с.