Реферат

Содержание

  1. Введение
  2. Краткий обзор конструкции
  3. Основные параметры кранов
  4. Демпфирование и методы определения его характеристик
  5. Устройство для гашения колебаний стрелы башенного крана
  6. Выводы
  7. Список источников

1. Введение

В современной промышленности большую долю среди всех подъемно-транспортных механизмов занимают краны. На них возложены разнообразные функции: транспортировка различной продукции, перемещение сырья, монтаж и ремонт оборудования.

Башенный кран содержит упругие механические звенья, из-за которых при роботе возникают низкочастотные упругие колебания, что негативно сказывается на долговечности и прочности механизмов. Раскачивание груза возникает при пуске, торможении, повороте крана, а также при поднятии и опускании груза. Колебания увеличивают время технологического цикла и делают практически невозможным точную остановку рабочего органа, необходимую для кранов, осуществляющих точные монтажные операции. В некоторых случаях колебания могут привести к столкновению груза с объектами, находящимися вблизи от транспортируемых предметов. Колебания долго не затухают из-за слабого сопротивления воздуха и жёсткости каналов. Поэтому необходимо принимать меры по демпфированию колебаний.

Целью работы является обзор конструкции и принципа работы башенного крана, а также исследование методов демпфирования колебаний груза.

1. Краткий обзор конструкции

Башенным краном называется поворотный кран [1] (рис. 1) со стрелой 2, закрепленной в верхней части башни 6. Управление механизмами крана выполняется машинистом из кабины 4. Подъем груза осуществляется при помощи грузовой лебедки 10, грузового каната и крюковой подвески 1, необходимой для захвата объектов.

Кран выполняет такие движения, как: опускание, подъем груза, передвижение и поворот, изменение вылета.

Осуществление изменения вылета происходит путем изменения угла наклона стрелы при помощи стрелового полиспаста 7 и механизма подъема стрелы 9 (рис. 1а), либо перемещением грузовой тележки 17 (рис 1б).

Передвигается кран по строительной площадке с помощью рельсового ходового устройства на стальных ходовых колесах с приводом от механизма передвижения по крановым путям. Для связи поворотных и неповоротных частей крана служит опорно-поворотное устройство 13, которое обеспечивает как передачу нагрузок от поворотной части крана на неповоротную ходовую раму 15, так и вращение поворотной части относительно неповоротной [2].

Краны классифицируют по:

1) Типу башни

Опорно-поворотное устройство в кранах с неповоротной башней расположено вверху башни. Поворотная часть состоит из стрелы 2, поворотного оголовка 3, противовесной консоли 19, противовеса 8 и механизма подъема груза 10.

В кранах с поворотной башней опорно-поворотное устройство размещают внизу башни. Поворотная часть включает в себя стрелу 2, башню с оголовком и распоркой 5, поворотную платформу 12 с механизмами подъема стрелы 9 и груза 10, а также плитами противовеса.

1) Типу переменных стрел

В кранах с подъемной стрелой груз подвешивается к концу стрелы. Изменение вылета осуществляется поворотом стрелы относительно опорного шарнира. Такие краны более простые по конструкции, однако менее точные.

В кранах с балочной стрелой груз подвешивается к грузовой тележке, перемещающейся при изменении вылета по направляющим балкам стрелы. Данный тип кранов обеспечивает более точное положение груза в пространстве.

Башенный кран

Рисунок 1 - Башенный кран

а) – с поворотной башней и подъемной стрелой; б) – с неповоротной башней и балочной стрелой; 1 – крюковая подвеска; 2 – стрела; 3 – оголовок; 4 – кабина; 5 – распорка; 6 – башня; 7 – стреловой полиспаст; 8 – противовес; 9 – механизм подъема стрелы; 10 – механизм подъема груза; 11 – механизм поворота; 12 – поворотная платформа; 13 – опорно-поворотное устройство; 14 – балласт; 15 – ходовая рама; 16 – ходовая тележка; 17 – грузовая тележка; 18 – механизм передвижения тележки; 19 – противовесная консоль.

2. Основные параметры кранов

В зависимости от данных параметров определяется возможность использования крана в различных производственных условиях [3]. К параметрам монтажных кранов относятся:

3. Демпфирование и методы определения его характеристик

Важным моментом для понимания и оценивая эксплуатационных характеристик любого изделия является изучение динамики конструкций. Хорошие динамические характеристики – залог непрерывной и благополучной эксплуатации. Анализ динамических свойств и конструкции необходим для оценки ее эксплуатационных характеристик и усталости материалов. В условия разноса поведение системы, добротность определяется только ее демпфирующими свойствами [4]. В случае разноса система ведет себя как «чистый» демпфер. Демпфирование – воздействие, рассеивающее энергию системы.

Колебания реальной системы, возникающие при однократном возмущении со временем затухают. Затухание происходит по нескольким причинам, вызывающим диссипацию (рассеивание) механической энергии:

Демпфирующая способность - способность системы поглощать энергию циклического демпфирования. Демпфирующая способность обеспечивает затухание колебаний, ограничивает амплитуду резонансных колебаний.

Для решения проблем колебания на практике необходимо иметь точные данные о характеристиках конструкционного демпфирования. Данные сведения можно получить только опытным путем.

Метод свободных затухающих колебаний – самый простой в реализации, а поэтому и самый часто используемый. Также данный метод предоставляет осциллограммы затухающих колебаний системы. Относительное рассеивание энергии определяется по темпу убывания амплитуды α колебаний

Башенный кран

Хi и Xi+1 - амплитуды в начале и конце i-го периода колебаний.

Если построить огибающую затухающих колебаний (рис. 2) – значение логарифмического декремента будет соответствовать 0,5ψ(X). Определение логического декремента осуществляется по следующей формуле

Башенный кран

где N - число циклов на участке под касательной

Башенный кран

Рисунок 2 - Определение декремента по огибающей затухающих колебаний

Метод резонансной кривой. Для реализации данного метода необходимо получить частотно-амплитудную характеристику – амплитуды α деформаций от частоты ω гармонического возбуждения (рис. 3). Оценивание деформирующего свойства осуществляется по величине пика или впадины.

Башенный кран

Рисунок 3 - Частотно-амплитудная характеристика колебаний

Для уровней резонансного пика α = 0,5 и α = 0,707 применяются следующие выражения:

Башенный кран

где ω - резонансная частота; Δωα - ширина резонансного пика на уровне  его высоты.

4. Устройство для гашения колебаний стрелы башенного крана

Данное устройство демпфирует колебания в плоскости качания стрелы, а также в плоскости ей перпендикулярной, тем самым уменьшая её вес и повышая долговечность конструкции.

Известны несколько изобретений, созданных для решения проблем колебания стрелы башенного крана. К примеру, предохранительное устройство, с рычагами, шарнирно соединенными с упругими частями и опорой стрелы. Однако данное устройство имеет множество недостатков. Амортизирующая опора данного механизма исполнена в виде упругого элемента, состоящего из набора резиновых пластин, демпфирующая способность которых крайне низка. Также известно, что изгибные колебания стрелы в плоскости, перпендикулярной к плоскости качания стрелы, возникающие при разгоне и торможении механизма поворота, вообще не демпфируются [5].

Поэтому необходимо было модифицировать и улучшить ранее известные устройства. Поставленная цель по улучшению достигается оснащением нового устройства дополнительным упругим элементом и демпферами. Один из демпферов связан с поддерживающей опорой при помощи шарниров, другой, вместе с дополнительным упругим элементом связан с опорой качания стрелы при помощи рычагов.

Во время разгона и торможения стрелы подъема, поворота, а также вылета крана энергия от колебаний рассеивается и поглощается демпфером и упругими элементами.

Необходимо сделать акцент на подборе сопротивления демпфера и жесткости упругого элемента. Их подбирают таким образом, чтобы при разгоне и торможении стрелы избавиться от ее собственных колебаний низкой частоты, или как минимуму, уменьшить их количество и амплитуду. Благодаря этому динамические нагрузки на стрелу, вызывающие ее колебания существенно уменьшатся.

Если оснастить стрелу упругими элементами, с правильно подобранной жесткостью в сочетании с существующей величиной вязкого сопротивления демпфера мы сможем уменьшить нагрузку и вес стрелы, примерно на 5%, за счет гашения колебаний.

Башенный кран

Рисунок 4 - Устройство гашения колебаний на башенном кране

Выводы

1. Башенные краны занимают большую долю, в промышленности, среди транспортных подъемных механизмов;

2. Упругие колебания негативно сказываются на конструкции, появляется усталость метала, устройство быстрее приходит в негодность;

3. Демпфирование колебаний уменьшает нагрузку и вес стрелы на 5%.

Список источников

  1. Башенный кран [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/
  2. Проектирование башенного крана.
  3. Технические характеристики и выбор грузоподъемных кранов [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://rep.bntu.by/bitstream/handle/data/6504/
  4. Лекции Демпфирование и его характеристики. Экспериментальные методы определения характеристик демпфирования [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://gigabaza.ru/doc/177712.html
  5. Предохранительное устройство для стрелы крана [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.findpatent.ru/patent/