CC BY
6
real microprofile by the periodic equivalent to it. Are presented the results of experimental research of the influence of surface roughness on fatigue resistance and fatigue life of details and established correlation connections between operational properties and the actual surface roughness. It is concluded that for rough surfaces, the ratio of the actual area to the nominal area is an indicator more closely related to fatigue strength than the standard roughness characteristics Rz or Ra.
Key words: surface roughness, microgeometry, equivalent microprofile, actual area, fatigue strength and fatigue
durability.
Strelyanaya Yulia Olegovna, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Sevastopol, Sevastopol State University,
Bogutsky Vladimir Borisovich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Sevastopol, Sevastopol State University
УДК 621.86
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-12-178-179
АЛГОРИТМ МНОГОВАРИАНТНОГО РАСЧЕТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТАЛИ НА ЭВМ
П.В. Витчук, Е.Е. Харитонова, Н.А. Витчук, А.Н. Шафорост, А.Д. Горынин
Электрическая таль в большинстве случаев опирается непосредственно на несущую конструкцию, создавая в ней изгибающий момент, поэтому при проектировании электрической тали следует стремиться к минимизации ее массы. Проведенный анализ структуры массы электрических талей показал, что на элементы канатно-блочной системы приходится более 50 % всей массы электрической тали, независимо от ее грузоподъемности. Поэтому была разработана последовательность многовариантного расчета электрической тали, позволяющая варьировать параметрами канатно-блочной системы, и реализующий ее алгоритм. Предлагаемый алгоритм многовариантного расчета механизма подъема электрической тали позволит в значительной мере упростить процесс проектирования электрической тали, выявить новые комбинации ее параметров и наименее металлоемкие компоновочные схемы электрической тали.
Ключевые слова: канатно-блочная система, механизм подъема груза, многовариантный расчет, проектирование, электрическая таль.
Электрические тали (рис. 1) преимущественно применяют в качестве самостоятельных грузоподъемных механизмов и механизмов подъема груза грузоподъемных кранов мостового типа, изредка - в качестве механизмов подъема груза и изменения вылета стрелы грузоподъемных кранов стрелового типа [1, 2]. В связи с тем, что электрическая таль в большинстве случаев опирается непосредственно на несущую конструкцию, создавая в ней изгибающий момент, то при проектировании электрической тали следует стремиться к тому, чтобы таль имела наименьшую массу.
Процесс проектирования механизма подъема электрической тали аналогичен процессу проектирования механизма подъема любого грузоподъемного крана и включает в себя следующие этапы [3, 4]:
- проектирование канатно-блочной системы;
- расчет элементов крепления каната к грузовому барабану;
- выбор электродвигателя;
- расчет и выбор передач;
- расчет и выбор соединительных муфт;
- выбор тормоза;
- проверочные расчеты.
При проектировании электрической тали следует учитывать ряд особенностей [3, 5]:
- электрические тали, используемые в качестве механизма подъема крана мостового типа, следует проектировать для группы классификации режима работы М3 (класс использования T3, класс нагружения L2);
- в электрических талях, как правило, не используют редукторы, тормоза и муфты общепромышленных
серий;
- в электрических талях, как правило, применяют однослойную навивку каната на барабан;
- с целью повышения долговечности грузового каната целесообразно увеличивать диаметр всех блоков по сравнению с расчетным;
- если электрическая таль выполнена по схеме, когда все ее основные элементы (электродвигатель, редуктор, тормоз, соединительные муфты) или часть из них размещены внутри барабана, то при компоновке электрической тали необходимо учитывать возможность размещения этих элементов внутри барабана;
- при проектировании электрической тали целесообразно руководствоваться рядами параметров, приведенными в ГОСТ 22584-96 «Тали электрические канатные. Общие технические условия».
На основе данных каталогов [6, 7] и др. некоторых производителей грузоподъемного оборудования была составлена усредненная структура массы электрических талей грузоподъемностью 1 т; 3,2 т; 5 т; 10 т (рис. 2). Анализ полученной структуры массы электрических талей показал, что на элементы канатно-блочной системы (грузовой барабан, отводные блоки, крюковую подвеску, грузовой канат) приходится более 50 % всей массы электрической тали, независимо от ее грузоподъемности.
В ряде работ для снижения массы электрической тали предложено варьировать одним или несколькими параметрами ее канатно-блочной системы. Например, в [3] отмечается, что «при увеличении кратности и числа полиспастов снижается номинальное натяжение каната, за счет чего может быть уменьшен диаметр барабана, или ... уменьшено передаточное отношение редуктора». В [8-10] для минимизации массы электрической тали предложено в ограниченном диапазоне варьировать числом и кратностью полиспастов, коэффициентами выбора диаметра каната
и барабана. Похожий подход использовался авторами [11] при проектировании механизма подъема электрической тали большой грузоподъемности. На основе изменения кратности полиспаста ими было достигнуто снижение массы электрической тали на 20 %. Также авторы отмечают, что на начальном этапе проектирования не следует принимать постоянную кратность полиспаста, поскольку именно варьирование кратностью полиспаста позволяет достичь наилучших массогабаритных показателей электрической тали.
Рис. 1. Механизм подъема электрической тали (конструкция ВНИИПТМАШ): 1 - мотор-барабан; 2 - зубчатая полумуфта; 3 - соосный зубчатый редуктор; 4 - дисковый грузоупорный тормоз; 5 - канатно-блочная система; 6 - электрический шкаф; 7 - колодочный тормоз
Рис. 2. Структура массы электрической тали грузоподъемностью: а-1 т; 6-3,2 т; в - 5 т; г -10 т;
1 - канатно-блочная система (грузовой барабан, канат, блоки, крюковая подвеска); 2 - редуктор; 3 - электродвигатель и тормоз
Таким образом, эффективным способом снижения массы электрической тали является выбор правильного сочетания параметров ее канатно-блочной системы.
Рассмотрим процедуру многовариантного расчета электрической тали, позволяющую выполнить расчет всех возможных вариантов исполнения ее канатно-блочной системы, исключить неработоспособные варианты (не соответствующие требованиям нормативно-технической документации, не подходящие по условию компоновки и др.) и отсортировать оставшиеся варианты по массе.
Многовариантность предлагается обеспечить варьированием числа ц и кратности а полиспаста (рис. 3), а также смещением 2, = -2, -1, 0, +1, +2 коэффициента запаса прочности грузового каната % р и коэффициента выбора диаметра барабана / и блока / по группе классификации режима работы механизма по ГОСТ 33710-2015
«Краны грузоподъемные. Выбор канатов, барабанов и блоков» в соответствии со схемой (табл. 1) [12].
Для рассматриваемых числа и кратности полиспаста рассчитывают коэффициент полезного действия:
Л . .2
Па =
1+ ПБЛ +ПБЛ +••• + ПБЛ ^
ПБЛ'
где ПбЛ - коэффициент полезного действия блока; а - кратность полиспаста; к - количество обводных блоков.
179
7
2
1
а б в г
Рис. 3. Развернутые схемы наиболее распространенных полиспастов механизма подъема электрической тали: а) ц = 2 а = 1; б) ц = 1 а = 2; в) ц = 1 а = 3; г) ц = 2 а = 2
Таблица 1
Предлагаемое смещение £ коэффициента запаса прочности грузового каната %р и коэффициента выбора диаметра барабана / и блока / по группе классификации режима работы механизма
' ——^^^^ Смещение Коэффициенты —----- £
-2 -1 0 +1 +2
«1, «2 +2 +1 0 -1 -2
х +2 +1 0 -1
х х +2 +1 0
Формула (1) базируется на ряде допущений и дает приемлемые результаты расчета лишь при сравнительно небольших кратностях полиспаста а < 6. При больших кратностях полиспаста следует использовать формулу [13-15]:
а
Па =1" °,75фнб (а " агп )~Ефу > (2)
■ =1
где фнб = 2 (д + /цйц )/^бл - коэффициент потерь; £>бл - диаметр блока; ат - коэффициент, учитывающий четность полиспаста; ф.. = 2 + /цйц8т а./2)/£>бл - коэффициент потерь /-го блока; д = ( 0Д...0Д5) й -коэффициент жесткости каната; / - коэффициент трения в цапфе оси блока; й - диаметр цапфы оси блока; а ■
Jц ц .
- угол обхвата грузовым канатом /-го обводного блока.
Наибольшее натяжение набегающей ветви грузового каната на барабан:
8ац=(<2 + тго ) §/аЦПа , (3)
где Q - грузоподъемность электрической тали; тго - масса грузозахватного органа; § - ускорение свободного падения.
По значению £ац определяют минимальное разрывное усилие в грузовом канате ^ин, учитывая смещение £ коэффициента запаса прочности грузового каната (табл. 1). По ^ин выбирают канат из соответству-
ющего стандарта или каталога:
^минац^ — ^ац .
(4)
Найденный из условия (4) диаметр каната й используют для расчета диаметра грузового барабана Об и блоков Оэд , учитывая смещение £ коэффициента выбора диаметра барабана / и блока /2 по группе классификации режима работы механизма (табл. 1):
Обац£ — ; Аэлац^ — И2£{йац£ , (5)
где ^ - коэффициент типа каната.
Дальнейшая последовательность многовариантного расчета принципиально не отличается от изложенной
в [12].
Для удобства взаимосвязь между параметрами элементов электрической тали между собой и требованиями нормативно-технической документации изображена в виде семантической модели (рис. 4).
Для расчета массы элементов электрической тали использованы зависимости, приведенные в [4, 11]. Масса блока:
3я 32
тбл =—й «2 Рблпбл,
где рбл - плотность материала блока, п§л - число блоков (зависит от числа ц и кратности а полиспаста).
Масса грузового каната:
тк = ¿к Як- (7)
где ¿к - длина грузового каната (зависит от числа ц и кратности а полиспаста, высоты подъема груза Н , диаметра грузового барабана Об и блоков Обл); Як - погонная масса грузового каната. Масса грузового барабана:
Мб = 1,05 •
лрб Z6
D62 (( -0б )
(8)
где 1,05 - коэффициент, учитывающий прочие (помимо обечайки) элементы в конструкции грузового барабана; рб - плотность материала грузового барабана; - длина грузового барабана (зависит от числа ц и кратности а полиспаста, высоты подъема груза Н , диаметра грузового барабана Од и блоков Обл ); 5б - толщина обечайки.
5б = 0,95
Qg
ma (d + 3)[ссж ]
где [с ] - допускаемое напряжение сжатия барабана.
L сж J
Очевидно, что разработанная последовательность многовариантного расчета механизма подъема электрической тали весьма трудоемкая для реализации вручную, поэтому был разработан и в настоящее время реализуется алгоритм программы для ЭВМ (рис. 5), позволяющий выполнить расчет электрической тали со всеми возможными вариантами исполнения ее канатно-блочной системы, исключить неработоспособные и выполнить ранжирование работоспособных вариантов по массе.
Рис. 4. Семантическая модель к расчету электрической тали
181
I
О
Рис. 5. Алгоритм программы для ЭВМ для многовариантного расчета электрической тали
Рис. 5. Алгоритм программы для ЭВМ для многовариантного расчета электрической тали (продолжение) 182
Рис. 5. Алгоритм программы для ЭВМ для многовариантного расчета электрической тали (продолжение)
Рис. 5. Алгоритм программы для ЭВМ для многовариантного расчета электрической тали (продолжение)
183
I
9
Рис. 5. Алгоритм программы для ЭВМ для многовариантного расчета электрической тали (окончание)
Предлагаемый алгоритм многовариантного расчета механизма подъема электрической тали и разрабатываемая программа для ЭВМ позволят в значительной мере упростить процесс проектирования электрической тали, выявить новые комбинации ее параметров и наименее металлоемкие компоновочные схемы электрической тали.
Список литературы
1. Александров М.П. Грузоподъемные машины. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана - Высшая школа,
2000. 552 с.
2. Вайнсон А.А. Подъемно-транспортные машины. М.: Машиностроение, 1989. 536 с.
3. Расчеты крановых механизмов и их деталей: в 2 т., Т.1 / Под общ. ред. Р.А. Лалаянца. М.: ВНИИПТМАШ, 1993. 187 с.
4. Расчеты крановых механизмов и их деталей: в 2 т., Т.2 / Под общ. ред. Р.А. Лалаянца. М.: ВНИИПТМАШ, 1993. 163 с.
5. Зерцалов А.И., Боголюбов Л.Л., Липатов А.С. Тали электрические канатные и краны с талями. Справочник. М.: Подъемтранстехника, 2004. 158 с.
6. Каталог частей электротельферов тип Т. Официальный сайт компании TelferT. [Электронный ресурс]. URL:https://telfert.ru/files/catalog-detaley-T.pdf (дата обращения 03.11.2023).
7. Каталог запчастей для российских тельферов (талей электрических) ТЭ, Т. Официальный сайт компании Drop20. [Электронный ресурс]. URL: https://drop20.ru/catalog/gruzozahvatnye-ustroystva-i-gruzopodemnoe-oborudovanie/tali-elektricheskie-elektrotelfery/zapchasti-dlya-rossiyskih-telferov-taley-elektricheskih-te-t?ysclid=lpl2vqlh74206857582 (дата обращения: 03.11.2018).
8. Ермоленко В.А. Расчет электрической тали. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. 28 с.
9. Ермоленко В.А., Лесовский И.О. Расчет и минимизация массы электрической тали // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 11: в 2 ч. 2014. Ч. 1. С. 453-459.
10. Ермоленко В.А., Витчук П.В. Многовариантный расчет механизма подъема груза и колеи крановой тележки // Вестник машиностроения. 2018. №12. С.48-51.
11. Лесковец И.В., Семчен В.И., Науменко А.Е. Параметры механизма подъема электротали большой грузоподъемности // Подъемно-транспортное дело, 2020. №. 1-2. С. 15-18.
12. Витчук П.В., Ермоленко В.А., Стадникова И.Д. [и др.] Многовариантный расчет механизма подъема груза крана мостового типа на ЭВМ // Научно-технический вестник Брянского государственного университета. 2022. № 4. С. 282-290.
13. Казак С.А. Основы проектирования и расчета крановых механизмов. Красноярск: Изд-во Кранснояр. ун-та, 1987. 184 с.
14. Савицкий В.П. К.П.Д. полиспастов // Подъемно-транспортные машины. Тула, 1979. С. 100-102.
15. Савицкий В.П. Грузоподъемные машины (курсовое проектирование). Мн.: Высшая школа, 1981. 160 с.
Витчук Павел Владимирович, канд. техн. наук, доцент, [email protected]. Россия, Калуга, Калужский филиал Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет),
Харитонова Екатерина Евгеньевна, студент, [email protected], Россия, Калуга, Калужский филиал Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет),
Витчук Наталья Андреевна, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Калуга, Калужский государственный университет им. К.Э. Циолковского,
Шафорост Александр Николаевич, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Горынин Алексей Дмитриевич, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
AN ALGORITHM FOR THE MULTIVARIATE CALCULATION OF AN ELECTRIC HOIST ON A COMPUTER P.V. Vitchuk, Е.Е. Kharitonovа, N.A. Vitchuk, A.N. Shaforost, A.D. Gorynin
In most cases, the electric hoist relies directly on the supporting structure, creating a bending moment in it, therefore, when designing an electric hoist, one should strive to minimize its mass. The analysis of the mass structure of electric hoists showed that the elements of the rope-block system account for more than 50% of the total mass of the electric hoist, regardless of its load capacity. Therefore, a sequence of multivariate calculation of the electric hoist, which allows varying the parameters of the rope-block system, and implementing its algorithm, was developed. The proposed algorithm for the multivariate calculation of the electric hoist lifting mechanism will significantly simplify the process of designing an electric hoist, identify new combinations of its parameters and the least metal-intensive layout schemes of an electric hoist.
Key words: rope-block system, load lifting mechanism, multivariate calculation, designing, electric hoist.
Vitchuk Pavel Vladimirovich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Kaluga, Bauman Moscow State Technical University Kaluga,
Kharitonova Ekaterina Evgenievna, student, [email protected], Russia, Kaluga, Bauman Moscow State Technical University Kaluga,
Vitchuk Natalia Andreevna, candidate of technical science, docent, [email protected], Russia, Kaluga, Kaluga State University named after K.E. Tsiolkovsky,
Shaforost Alexandr Nikolaevich, candidate of technical science, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Gorynin Alexey Dmitrievich, candidate of technical science, docent, lexuss-22@mail. ru, Russia, Tula, Tula State
University
УДК 629.9:005.6
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-12-185-186
АНАЛИЗ СПОСОБОВ ЗАХВАТА БЛОКА МНОГОРАЗОВОЙ РАКЕТЫ-НОСИТЕЛЯ НА МЕСТЕ
ВЕРТИКАЛЬНОЙ ПОСАДКИ
В.А. Матвеев, Р.С. Загидуллин, В.Ю. Малышев, К.В. Воробьев, С.И. Сократов, С.В. Широков
В работе проведен анализ способов фиксации наземного технологического оборудования к вертикально расположенному блоку многоразовой ракеты-носителя на месте посадки. На основе PFMEA-анализа определены риски и оптимальный способ захвата блока многоразовой ракеты-носителя.
Ключевые слова: анализ, способ захвата, блок многоразовой РН, устройство фиксации, кантование, PFMEA-анализ.
В настоящее время ведущие страны-производители изделий ракетно-космической техники ведут разработку перспективных многоразовых ракет-носителей (РН) [1, 2]. Конструкторы и технологи еще на этапе технического проекта сталкиваются с рядом новых конструкторско-технологических вопросов не только разработки конструкции многоразового РН, но и ее послеполетного обслуживания и испытания.
Для укладки блока многоразовой РН на агрегат транспортирования после успешного вертикального приземления на месте посадки требуется проведение механо-технологических операций по кантованию и крановому перемещению блока для последующей доставки на место повторного использования. Для выполнения указанных механо-технологических операций необходимо решение первоочередного вопроса по обеспечению стыковки узлов блока РН с применяемым наземным такелажным оборудованием.
При рассмотрении вопроса авторами предполагалось, что возвращение блока многоразовой РН осуществляется на площадку посадки, необорудованную специализированным стендом (шахтой) для размещения и обслуживания. Блок РН приземляется на специальные опоры для вертикальной посадки на ровную бетонную площадку. Рассматриваются варианты работы с блоками РН среднего класса грузоподъёмности длиной около 30 метров.
Целью настоящей работы являет выбор оптимального способа захвата блока многоразовой РН на месте вертикальной посадки.
В соответствии с вышепоставленной целью поставлены следующие задачи:
1) провести анализ способов фиксации наземного технологического оборудования к вертикально расположенному блоку многоразовой РН на месте посадки;
2) провести PFMEA-анализ способов фиксации наземного технологического оборудования к вертикально расположенному блоку РН;
3) на основе результата проведения PFMEA-анализа провести выбор оптимального способа фиксации наземного технологического оборудования к вертикально расположенному блоку многоразовой РН на месте посадки. Главными критериями оптимального выбора являются требования безопасности, назначения и технологичности.
185
