ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОСТОЯНСТВА СКОРОСТИ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ГРУЗА ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ВЫЛЕТА СТРЕЛЫ КРАНА СТРЕЛОВОГО ТИПА Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.86

DOI: 10.24412/2071-6168-2023-11-597-598

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОСТОЯНСТВА СКОРОСТИ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ГРУЗА ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ВЫЛЕТА СТРЕЛЫ КРАНА СТРЕЛОВОГО ТИПА

П.В. Витчук, Н.Г. Сысенко, Н.А. Витчук, В.Ю. Анцев, А.Н. Шафорост, А. Д. Горынин

Проектирование стреловых систем грузоподъемных кранов стрелового типа ведут из условия минимизации отклонения траектории груза по вертикали от горизонтальной прямой на всем диапазоне изменения вылета стрелы. При этом вопросам горизонтальных колебаний груза уделяют недостаточное внимание, хотя они также, как и вертикальные, оказывают влияние на динамику работы крана и, как следствие, на его циклическую прочность. В данной статье представлены уравнения, описывающие горизонтальное перемещение груза. Представленные уравнения использованы для описания горизонтального перемещения с использованием среды Mathcad на примере стрелового устройства крана-деррика ДК-45/60. Доказано, что применение двигателя с частотным регулированием, настроенным в соответствии с основными параметрами стреловой системы, позволяет добиться постоянного значения скорости горизонтального перемещения груза.

Ключевые слова: скорость, стрела, уравнительный полиспаст, траектория передвижения груза, проектирование.

При проектировании стреловых систем грузоподъемных кранов стрелового типа приоритетным является вопрос разработки такого сочетания параметров стреловой системы, при которой отклонение траектории перемеще-

й Ay й

ния груза по вертикали от горизонтальной линии ^ , соответствующей высоте подъема груза, на всем диапазоне изменения вылета стрелы было бы минимальным Ay ^ min [1-5]. С этой целью используют различные методики

оптимального проектирования стреловых систем, например, представленные в [6-10]. При этом вопросам горизонтальных колебаний груза уделяют недостаточное внимание, хотя они также, как и вертикальные, оказывают влияние на динамику работы крана и, как следствие, на его циклическую прочность. И если достичь полностью горизонтальной траектории перемещения груза на практике пока не представляется возможным, то достичь относительного постоянства скорости горизонтального перемещения скорости груза вполне возможно.

Рассмотрим процесс горизонтального перемещения груза при изменении вылета стрелы.

С целью упрощения расчета используем допущение о том, что при проектировании стреловой системы был получено такое сочетание параметров стреловой системы, при котором обеспечивается траектория перемещения груза, близкая к горизонтальной линии, то есть можно принять Ay « 0 и y « const. Тогда изменением величины

потенциальной энергии груза при изменении вылета стрелы можно пренебречь. То есть в случае полного уравновешивания веса стрелового устройства мощность двигателя механизма изменения вылета стрелы затрачивается только на преодоление различных сил трения и сопротивления (рис. 1).

Считая систему условно замкнутой, получим:

-ЁК1 — £к2 —

К2

mVi mV2

— E — const; V — V2 — const

(1)

2 2

где £Къ и V., V2 - соответственно кинетическая энергия и скорость горизонтального перемещения груза

для некоторых произвольных положений стрелы 1 и 2 (рис. 1); Е - полная механическая энергия системы; m -масса груза.

Выражение (1) не выполняется на практике, поскольку скорость перемещения груза связана со скоростью подъёма стрелы с учетом параметров стрелового ип и уравнительного 2 полиспастов.

Рис. 1. Перемещение груза краном стрелового пиша при допущении о горизонтальности траектории: Ьс - длина стрелы; А - ось поворота стрелы; С и В - блоки уравнительного полиспаста;

Ис, С, 8, у, п, ?2 - прочие геометрические параметры

597

Рассмотрим перемещение груза по горизонтали на примере крана-деррика ДК-45/60. Основные параметры крана [11]: тип - четырёхопорный кран с двумя подкосами; грузоподъёмность Q = 60 т, длина стрелы

Lc = 32 м , высота мачты h = 14,71 м, кратность грузового полиспаста i = 8, кратность стрелового полиспаста

ип = 20.

Скорость горизонтального перемещения груза будем определять в среде Mathcad на основе использования ранее разработанного алгоритма, описанного в работе [10], с рядом дополнений.

Диапазон изменения вылета стрелы крана-деррика ДК-45/60 в соответствии с паспортными данными составляет r = 7,2...32,4 м.

Представим выражения, приведенные в [10], в виде функциональной зависимости от вылета стрелы r и

времени t.

Закон изменения длины полиспаста от вылета стрелы r:

BC (r ) =

Закон изменения вылета стрелы от времени t :

Ас2 + hc2 - 2L^M -

f r ^

v ас у

r (t ) = Ас (t)

1 -

f Ас2 (t) + hc2 (t)- BC2 (t)

2Ас (t )hc (t)

(2)

(3)

Длина полиспаста ВС на всем диапазоне изменения вылета стрелы изменяется с постоянной скоростью Ус - скоростью подъема (опускания) стрелы, м/мин (рис. 2).

36

33

30

BC(r) 27

24

21

18

12

17

22

27

32

Рис. 2. Зависимость длины полиспаста ВС от вылета стрелы при использовании общепромышленного электродвигателя с постоянным значением частоты вращения

На данном этапе предположим, что механизм изменения вылета стрелы содержит общепромышленный электродвигатель с постоянным значением частоты вращения.

Для этого случая получим скорость горизонтального перемещения груза у ^^ _ ^^ (рис. 3).

v(t) 3

0

12 17 22 27 32

г®

Рис. 3. Зависимость скорости горизонтального перемещения груза от вылета стрелы при использовании общепромышленного электродвигателя с постоянным значением частоты вращения

7

r

6

5

4

2

Как следует из рис. 3, при использовании в механизме изменения вылета стрелы общепромышленного электродвигателя с постоянным значением частоты вращения скорость горизонтального перемещения груза при изменении вылета стрелы изменяется в значительном диапазоне от 0 до 5,25 м/мин.

Теперь предположим, что механизм изменения вылета стрелы содержит двигатель с частотным регулированием и выполним аналогичные вычисления по формулам (2) и (3), задавшись интервалом времени в секундах ? = 0,1...40 (рис. 4).

1.5|--------

1.25

1

v(t) 0.75

0.5

0.25

01--------

0 5 10 15 20 25 30 35 40

г(1)

Рис. 4. Зависимость скорости горизонтального перемещения груза от вылета стрелы при использовании

двигателя с частотным регулированием

Шаг изменения вылета стрелы был принят равным 1 м. В диапазоне вылета от 0 до 1 м (рис. 4) присутствует резкое возрастание скорости от 0 до заданного значения за шаг. Это было сделано специально, чтобы показать, что процесс изменения скорости не является мгновенным, хотя и относительно быстрым.

Зависимость линейной скорости набегания каната на барабан от вылета стрелы при заданных параметрах механизма подъёма стрелы представлена на рис. 5.

'(t)

Рис. 5. Зависимость линейной скорости набегания каната на грузовой барабан от вылета стрелы при использовании двигателя с частотным регулированием

Таким образом можно сделать вывод, что применение двигателя с частотным регулированием, настроенным в соответствии с основными параметрами стреловой системы крана, позволяет получить постоянное значение скорости горизонтального перемещения груза.

Список литературы

1. Александров М.П. Грузоподъемные машины. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана - Высшая школа,

2000. 552с.

2. Дукельский А.И. Портовые грузоподъемные машины. М.: Транспорт, 1970. 439 с.

3. Ланг А.Г., Мазовер И.С., Майзель В.С. Портальные краны. М.: Машгиз, 1962. 284 с.

4. Портальные краны / А.Н. Орлов [и др.] / Под ред. М.Н. Хальфина Новороссийск: Юж.-Рус. гос. техн. ун-т., 2001. 318 с.

5. Петухов П.З., Ксюнин Г.П., Серлин Л.Г. Специальные краны. М.: Машиностроение, 1985. 248 с.

6. Кобзев А.П., Кобзев Р.А. Специальные краны. Старый Оскол: ТНТ, 2014. 472 с.

7. Стрелов В.И. Расчет шарнирных стреловых систем портальных кранов (аналитический метод кинематического синтеза). Калуга: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1998. 188с.

8. Михеев В.А., Миненков Б.Е. Метод синтеза однозвенного стрелового устройства портального крана с уравнительным полиспастом // Вгсник приазовського державного техтчного ушверситету, 2002. № 12. С. 1-3.

9. Витчук П.В., Гнатюк П.Р., Витчук Н.А., Шадский Г.В. Модернизация стрелового устройства крана-деррика КД 30/50 // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2021. №. 3. С. 152-156.

10. Витчук П.В., Сорокина И.И., Витчук Н.А., Гнатюк П.Р., Сысенко Н.Г., Шадский В.Г. Методика оптимального проектирования прямых уравновешенных стрел с уравнительными полиспастами с разнесенными блоками // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2021. №. 4. С. 83-90.

11. Витчук П.В., Сысенко Н.Г., Витчук Н.А., Анцев В.Ю. Модернизация канатно-блочной системы деррик-крана ДК-45/60 // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле, 2022. № 1. С. 210-222.

Витчук Павел Владимирович, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Калуга, Калужский филиал «Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)»,

Сысенко Никита Григорьевич, инженер, [email protected], Россия, Калуга, АО «Калугапутьмаш»,

Витчук Наталья Андреевна, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Калуга, Калужский государственный университет им. К.Э. Циолковского,

Анцев Виталий Юрьевич, д-р техн. наук, профессор, и. о. зав. кафедрой, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,

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

ENSURING THE CONSTANCY OF THE SPEED OF HORIZONTAL MOVEMENT OF THE LOAD WHEN CHANGING

THE BOOM OF THE BOOM TYPE CRANE

P.V. Vitchuk, N.G. Sisenko, N.A. Vitchuk, V.Yu. Antsev, A.N. Shaforost, A.D. Gorynin

Condition of minimizing the deviation of the vertical trajectory of the cargo from the horizontal line over the entire range of the boom departure carried base the design of boom systems of boom type cranes out. At the same time, insufficient attention is paid to the issues of horizontal vibrations of the load, although they also, like vertical ones, affect the dynamics of the crane and, as a consequence, its cyclic strength. This article presents the equations describing the horizontal movement of the load. Describe horizontal displacement using the Mathcad environment on the example of the boom device of the crane-derrick DC-45/60 used the equations presented. It has been proved that the use of an engine with frequency control, configured in accordance with the basic parameters of the boom system, allows you to achieve a constant value of the speed of horizontal movement of the load.

Key words: speed, boom, equalizing polispast, horizontal movement of the load, designing.

Vitchuk Pavel Vladimirovich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Kaluga, Bauman Moscow State Technical University Kaluga,

Sisenko Nikita Grigorevich, engineer, [email protected], Russia, Kaluga, JST «Kalugaputmash»,

Vitchuk Natalia Andreevna, candidate of technical science, docent, [email protected], Russia, Kaluga, Kaluga State University named after K.E. Tsiolkovsky,

Antsev Vitaliy Yurievich, doctor of technical science, professor, manager of department, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,

Shaforost Alexandr Nikolaevich, candidate of technical science, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,

Gorynin Alexey Dmitrievich, candidate of technical science, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula State

University