К.т.н. Неженцев А.Б., Аветисян С.М.

Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический
институт имени Игоря Сикорского"

динамические нагрузки при опускании грузов мостовыми кранами

Решение задачи снижения динамических нагрузок в металлоконструкциях кранов и канатах при опускании грузов может быть осуществлено путем формирования механических характеристик электроприводов подъема в режиме динамического торможения. Однако, не смотря на очевидные преимущества динамического торможения при опускании грузов, указанный режим используется редко из-за неопределенности настроек механических характеристик в режиме динамического торможения. Необоснованный выбор механических характеристик в этом режиме может привести к значительному увеличению времени опускания груза, или не позволит снизить динамические нагрузки.

Публикаций, в которых исследуются переходные процессы в период опускания грузов в режиме динамического торможения практически нет. Вместе с тем, в рабочем цикле механизма подъема процессы опускания груза занимают значительно больше времени (т.е. больше влияют на производительность кранов), чем процессы подъема, и являются более опасными как с позиции сохранности транспортируемых грузов, так и безаварийности при «посадке» грузов.

Цель работы: анализ влияния различных факторов на динамические нагрузки при опускании груза краном в режиме динамического торможения.

Процесс опускания груза состоит из нескольких этапов:

- опускание груза при работе двигателя в режиме силового спуска;

- опускание груза при работе двигателя в генераторном режиме;

- опускание груза при работе двигателя в режиме динамического торможения до момента касания грузом основания;

- ослабление канатов и разгрузка металлоконструкции крана после того как груз коснулся основания.

Переходные процессы при опускании груза краном, представленного трехмассовой схемой, описываются нелинейными дифференциальными уравнениями, в которых приведенная к канатам сила привода определяется:

- в двигательном и генераторном режимах при опускании груза

; (1)

- в режиме динамического торможения

, (2)

где ; - постоянные для j-ой искусственной характеристики двигателя; - критический момент; - критическое скольжение на j-ой механической характеристике; - скорости груза, соответствующие синхронной и текущей частотам вращения ротора двигателя; - передаточное число привода; - радиус барабана; - КПД механизма подъема.

Для интегрирования систем нелинейных дифференциальных уравнений совместно с выражениями (1), (2) численным методом разработана многофункциональная компьютерная программа, позволяющая с высокой точностью рассчитывать значения и строить графики изменения перемещений, скоростей и ускорений приведенных масс крана и груза, нагрузок в металлоконструкции крана и канатах при опускании грузов в различных режимах.

Для кранов различной грузоподъемности было исследовано множество переходных процессов при опускании грузов. В результате их обработки построен ряд графиков, отражающих зависимости коэффициента динамичности металлоконструкции крана , коэффициента динамичности в канатах , времени опускания номинального груза и др. параметров от высоты опускания груза Н и механических характеристик электропривода (М.х. №1-№5) в режиме динамического торможения. На рисунке приведены типичные графики зависимостей коэффициентов динамичности и от указанных факторов.

Рисунок - Графики зависимостей и от высоты и механических
характеристик при опускании груза в режиме динамического торможения

Анализ результатов исследований при опускании груза показал, что в отличие от подъема «с подхватом» коэффициенты динамичности нагрузок в канатах и металлоконструкции крана зависят от высоты опускания Н. Они уменьшаются до 9% при увеличении высоты опускания до 8м. Наименьшие коэффициенты динамичности и были получены при опускании по первой механической характеристике, наибольшие – по третьей. Отметим, что самым быстрым спуск груза был на первой механической характеристике, а наиболее медленным – на пятой. Применение динамического торможения по сравнению с торможением колодочным тормозом при опускании грузов позволяет снизить уровень максимальных динамических нагрузок более чем в 1,3 – 2 раза при уменьшении числа включений электропривода в 2 - 3 раза.

Разработанные математические модели мостового крана и программное обеспечение позволяют с высокой точностью рассчитывать нагрузки в металлоконструкции и канатах, перемещения, скорости и ускорения приведенных масс крана и груза при опускании последнего в различных режимах.