Проведено исследование влияния параметров канатного грейфера на  усилие в замыкающем канате. Показано, что правильный выбор параметров является важным резервом снижения энергоемкости процесса зачерпыванияматериала грейфером.

   Проведено дослідження впливу параметр і канатного грейфер у на  зусилля в замикаючому канаті.Показано, що правильний вибір параметрів є важливим резервом зниження енергоємності процесу зачерпування материала грейфером.

   Investigation of the rope grab bucket’s parameters influence on the effort in the locking rope has been carried out. It is shown that the correct choice of parameters is the important reserve of power intensity’s decline of material scooping process by grab bucket.

   Одним из основных средств в решении комплексной механизации и автоматизации погрузочно-разгрузочных и складских работ с сыпучими материалами во всех отраслях народного хозяйства являются грейферные механизмы. В целом, как в Украине, так и за рубежом грейферными механизмами обрабатываются миллиарды тонн насыпных материалов. Поэтому вопросы совершенствования конструкций грейферных механизмов, повышения их производительности и надежности имеют важное народнохозяйственное значение.

Замыкающий канат — единственная связь канатного грейфера с приводом. Вследствие этого усилие в нем S характеризует как в целом процесс зачерпывания материала грейфером, так и оказывает существенное влияние на количество набранного грейфером материала и нагрузку на привод. При этом большинство авторов высказывают мысль об уменьшении на протяжении процесса зачерпывания текущего усилия в замыкающем канате, считая силу S, по выражению Б.А.Таубера: [1], "неизбежной и вредной, стремящейся поднять траверсу вверх, что ведет к выходу челюсти из материала".

Расчетная схема наиболее распространенного двухканатного симметричного грейфера приведена на рис.1. Для расчета усилия в замыкающем канате грейфера принята зависимость, полученная в [2].

где силы тяжести соответственно половины грейфера и текущего значения зачерпнутого челюстью материала;

— угол наклона равнодействующей сил сопротивления зачерпываемого материала R к горизонту;

— длина вертикального ножа челюсти;

— коэффициент, учитывающий смещение силы R от ножа челюсти; n - кратность замыкавшего полиспаста;

— кпд блока;

A, M – коэффициенты, зависящие от параметров грейфера и угла поворота челюсти.

где — силы тяжести соответственно челюсти, половины головки и штанги;

— координаты ц.т. челюсти;

— координаты ц.т. зачерпываемого материала.

   Согласно выражению (1) усилие S в последовательных положениях грейфера определяется в функции угла поворота челюсти при зачерпывании грейфером номинального объема материала. При этом будет обеспечена заданная производительность грейферного крана, а также исключена перегрузка элементов грейфера, подъемных и замыкающих канатов, металлоконструкции и механизмов крана.

Снижение текущего значения усилия в замыкающем канате уменьшает на-грузку на двигатель, а следовательно, и энергоемкость процесса зачерпывания. Поэтому критерием оценки принятых параметров грейфера является площадь FS  между кривой усилия в замыкающем канате и осями координат (см.рис.2), характеризующая энергоемкость процесса зачерпывания. Исследование влияния различных параметров грейфера на площадь позволит выявить пути снижения энергоемкости процесса зачерпывания за счет выбора оптимального значения этих параметров.

Нами проведено исследование влияния параметров челюсти r (расстояние между шарнирами челюсти) и угла челюсти (см.рис.1) на энергоемкость процесса зачерпывания. Объектом исследования выбран промышленный грейфер объемом 5м³.

При исследовании совместного влияния двух и более параметров грейфера на энергоемкость процесса зачерпывания аппроксимирующей функцией для приближенного описания зависимости является многочлен первой или второй степени. Условимся расчет усилия в заыкащем канате согласно выражению (1) при фиксированном значении остальных параметров грейфера называть, а полученное при этом значение площади для краткости называть опытным (в отличие от найденного по аппроксимирующему многочлену (2), которое назовем расчетным FS. Коэффициенты аппроксимирущего многочлена находятся по опытным значениям площади FS.

Ход проведения исследований таков (параметры грейфера r и в дальнейшем будем называть нормированными и обозначим их соответственно Х₁ и Х₂).

Исследуемая область изменения параметра разделяется на К участков (шагов). Для первой серии К = 2. Шаг изменения параметров приведен в табл.1.

Следовательно, взамен действительной независимой величины вводится её нормированное отклонение, а зависимость FS = f(Х₁,Х₂) заменяется выражением FS =f(Z₁, Z₂).

Проводится первая серия из четырех опытов согласно плану, приведенному в табл.2. Проверяется применимость линейной аппроксимации:

Коэффициенты аппроксимации (2)находятся при помощи выражений:

После вычислений получим

Вычисляются расчетные значения FS_p при каждом опыте и относительные отклонения. План и результаты исследования усилия в замыкащем канате приведены в табл.2. В колонках 2, 3 помещены значения относительных параметров, в колонках 4, 5 соответствующие им значения нормиро-ванных параметров. Опытное значение площади FS приведено в колонке 6; расчетное, найденное по аппроксимирующему многочлену (3), — в колонке 7, а относительное отклонение опытных и расчетных результатов — в колонке 8.

Для оценки линейной аппроксимации вначале находим среднеквадратичное отклонение

где N – число опытов;

J – число членов аппроксимации.

Значении вариации

где .

Значение совместного влияния факторов

Так как значение вариации менее 5%, а коэффициент а₁₂ достаточно мал, то линейная аппроксимация является удовлетворительной.

Дня иллюстрации влияния параметров грейфера на усилия в замыкающем канате строим графики этого усилия в первом и четвертом опытах, где энергоемкость процесса зачерпывания соответственно наименьшая и наибольшая (рис.2). Как видно, в первом опыте текущие значения усилия в замыкающем канате меньше, чем в четвертом.

В результате проведенных исследований получена аппроксимирующая зависимость (3) энергоемкости процесса зачерпывания от параметров грейфера и . Коэффициенты этой зависимости а₁и а₂ меньше нуля. Физически это означает, что для уменьшения расхода электроэнергии параметры r и при конструировании грейфера необходимо увеличивать по конструктивным соображениям. В частности, параметр не рекомендуется брать больше полуразмаха грейфера, так как в этом случае задняя стенка челюсти начинает касаться кривой зачерпывания.

В результате проведенных исследований показано, что правильный выбор параметров челюсти грейфера является важным резервомснижения энергоемкости процесса зачерпывания

      Литература:

1. Таубер Б.А. Грейферные механизмы. - М.: МАШГИЗ, 1985. - 270 с.

2. Шевченко Н.А.,Б.П. Румянцев. К вопросу теоретического исследования кинематики грейферного механизма. Автоматизация производственных процессов в машиностроении. Львов,1972, №16. – с.69-72.