К.т.н. Неженцев А.Б.

Национальный технический университет Украины (КПИ), Киев, Украина

Влияние скорости передвижения мостового крана на потери энергии и динамические нагрузки

Анализ влияния скорости передвижения крана на потери энергии, динамические нагрузки и быстродействие выполнен на примере мостового крана г/п 20т, представленного трехмассовой динамической моделью [1, 2]. Исследовались процессы разгона крана до различных скоростей, определяемых передаточными числами редуктора из параметрического ряда (9,80; 12,64; 16,30; 19,88; 24,90; 32,42), и перемещение крана на усредненный путь, равный 30м.

Движение трехмассовой динамической модели крана описывается системой нелинейных дифференциальных уравнений [1, 2], которая интегрировалась численным методом Рунге-Кутта. По результатам интегрирования дифференциальных уравнений были построены зависимости потерь энергии ∆Е, времени разгона и продолжительности перемещения крана от номинальной скорости V, величина которой соответствует передаточным числам редуктора механизма передвижения из указанного параметрического ряда (см. рис. 1). Графики изменения максимальных горизонтальных динамических нагрузок, действующих на металлоконструкцию крана и груз в зависимости от передаточного числа механизма передвижения показаны на рис. 2.

Из рис. 1 и рис. 2 видно, что при повышении номинальной скорости крана (и уменьшении передаточного числа редуктора ) увеличивается время разгона , уменьшается общая продолжительность перемещения крана и растут потери энергии ∆Е. При этом максимальные значения динамических нагрузок, действующих на металлоконструкцию крана и груз уменьшаются.

Анализ приведенных графиков показал, что изменяя величину номинальной скорости передвижения крана (например, за счет применения редукторов с различным передаточным числом ), можно более чем в четыре раза уменьшить потери энергии при перемещении груза. Вместе с тем даже незначительное повышение производительности грузоподъемного крана, обусловленное увеличением его номинальной скорости, сопровождается существенным ростом потерь энергии.

Рис. 1. Зависимости ∆Е, и от номинальной скорости V

Рис. 2. Зависимости и от передаточного числа редуктора uм

При снижении скорости крана уменьшаются потери энергии и растет уровень динамических нагрузок и . Повышение передаточного числа с 9,80 до 32,42 приводит к снижению скорости крана во столько же раз (с 2,67 до 0,81м/с), а величина приведенной к ходовым колесам силы привода - во столько же раз увеличивается (с 19,17 до 62,68кН). При этом продолжительность перемещения крана выросла почти в два раза (с 19 до 36с).

При разгоне привода передвижения крана по разным механическим характеристикам потери энергии существенно отличаются по величине (см. рис. 3а). Суммарные потери энергии ∆Е при разгоне по первой механической характеристике превышают аналогичные потери по четвертой характеристике на 32%. При этом следует учесть, что при разгоне по самой энергоемкой первой характеристике невозможно достичь номинальной скорости передвижения крана (в данном случае кран разгонялся до скорости равной 70% от номинальной).

Минимальные потери энергии имели место при разгоне мостового крана г/п 20т по четвертой механической характеристике, которая создает наибольшую среднепусковую приведенную силу привода и сопровождается наибольшими динамическими нагрузками и (см. рис. 3б). Следовательно, использование механических характеристик кранового электропривода с низкими потерями энергии, приводит к росту ускорений, динамических нагрузок и амплитуды раскачивания груза.

а б

Рис. 3. Зависимости , и ∆Е от механической характеристики
электропривода передвижения крана при =12,64

Выводы: - исследования потерь энергии и динамических нагрузок грузоподъёмных кранов необходимо осуществлять с помощью математических моделей, учитывающих все основные параметры электромеханической системы «привод – металлоконструкция - груз» [2, 3]. Это позволит повысить точность расчета потерь энергии при передвижении грузоподъёмных кранов на 13 – 25%;

- поскольку изменение скорости грузоподъемного крана приводит к улучшению одних показателей и ухудшению других, то целесообразно при проектировании кранов (особенно тяжелого режима работы А6 - А7) устанавливать значения номинальных скоростей с учетом потерь энергии, динамических нагрузок и времени передвижения крана.

Литература

1. Будиков Л.Я., Нгуен Н.К., Неженцев А.Б. Исследование динамики грузоподъемных кранов // Вестник машиностроения, №4. - М.: Изд-во Машиностроение, 1981, - с. 39-42.

2. Неженцев А.Б. Моделирование потерь энергии при передвижении грузоподъемного крана // Вісник Східноукраїнського національного ун-ту ім. В. Даля, № 10 (56). – Луганськ: Вид-во СНУ, 2002. – с. 179-185.

3. Неженцев А.Б., Харитонов М.С. Методика расчета энергопотребления при передвижении грузоподъемных кранов // Вісник Східноукраїнського державного ун-ту, №6(28). – Луганськ: Вид-во СУДУ, 2000. - с. 64-72.