Сайт ДонНТУ | Портал магістрів ДонНТУ

Проблема і її зв'язок з науковими й практичними задачами.

   Однією з найтрудоємних операцій, виконуваних вантажопідйомною машиною, є завантаження його вантажонесучого органа заданою кількістю матеріалу. Для сипучих матеріалів це завдання щонайкраще вирішується застосуванням грейферних механізмів, у яких процес завантаження йде автоматично.

   Грейферні крани й навантажувачі широко застосовуються при навантажувально-вивантажувальних роботах і штабелюванні у промисловості й на транспорті, а також для спеціальних технологічних цілей - проходки вертикальних стовбурів шахт, підйому висадженої породи із шурфів і т.д. У металургійній і машинобудівній промисловості грейфери застосовуються для підготовки й подачі шихти. У будівництві грейфери застосовують на земляних роботах.

   У багатьох книгах і наукових працях через складність процесів, що протікають при роботі грейферних механізмів, приймається маса допущень, спрощень у питаннях, пов'язаних з розрахунками конструкції. Залежності мають емпіричний характер, украй неточні, містять безліч коефіцієнтів, отриманих дослідним шляхом. Тому дослідження в області обґрунтування раціональних параметрів грейферів являють собою науковий і практичний інтерес. Вивчаючи процеси, уточнюючи залежності, коефіцієнти, можна одержати істотний позитивний ефект: зменшення енергоємності, матеріалоємності, витрат на обслуговування.

Аналіз досліджень і публікацій.

   У зв'язку з інтенсифікацією виробництва й високим ступенем механізації робіт, на підприємствах і навантажувальних майданчиках країни грейфери знаходять гідне застосування. Більшість із них є змінним вантажозахватним органом і використовуються на кранах різних типів, що підвищує універсальність кранів. Такі широкі можливості по застосуванню змушують приділяти чимало увагу дослідниками, що прагнуть раціоналізувати наявні зразки, шукати новаційні шляхи вирішення проблем. Великий внесок у розв'язання питань і проблем по розрахунках даного механізму внесли А. А. Вайнсон, Р. Л. Зенков, Б. А. Таубер, Ю. М. Ташников, Н. А. Шевченко, А. М. Ясиновский і ін.

   Приємно відзначити, що українські вчені стали ініціаторами розробки ГОСТ 24599-87 "Грейфери канатні для навалочних вантажів. Загальнотехнічні умови". Керівником теми був А.М. Ясиновский.

Постановка завдання.

   Метою даної роботи є обґрунтування параметрів грейфера для підвищення ефективності його використання. Провівши дослідження із впливу геометричних параметрів канатного грейфера на зусилля в замикаючому канаті, можна судити про раціональні значення цих параметрів і дати конкретні рекомендації з визначення параметрів грейфера при проектуванні й виробництві.

Виклад матеріалу й результати.

   До основних процесів, що проходять під час роботи грейфера відносять: опускання відкритого грейфера на матеріал, наповнення матеріалом, піднімання і переміщення навантаженого грейфера, відкриття заповненого грейфера.

Рисунок 1 - Процес роботи канатного грейфера

Під час роботи на конструкцію діють статичні й динамічні навантаження, визначення яких досить важко. Практичний інтерес являє собою вплив параметрів грейфера на процес роботи і енергоємність як його характеристику. Визначення залежностей між параметрами й енергоємністю дозволить кількісно оцінити їхній вплив.

   За об'єкт дослідження обраний промисловий зразок двоканатного штангового грейфера СЗ місткістю 1,5 м³. Грейфер призначений для захвата й перевантаження сипучих вантажів. Загальний вид представлений на Рис. 2.

На Рис. 3 зображена розрахункова схема грейфера, що використовується в даних дослідженнях. На рисунку позначені геометричні параметри: розміри, характерні кути, плечі сил.

Рисунок 2 - Загальний вид грейфера

   Метою дослідження є визначення впливу на енергоємність процесу зачерпування матеріалу геометричних параметрів грейфера:

• p - довга бічної кромки грейфера, м;
• r - відстань між шарнірами щелепи, м;

Рисунок 3 - Розрахункова схема

   Зміна цих параметрів буде приводити до зміни геометрії щелепи, як наслідок, і до зміни плечей сил, що діють на щелепу, а також характерних кутів. З конструктивних міркувань відстань між шарнірами щелепи r не рекомендується брати більше напіврозмаху щелеп грейфера L, тому що в противному випадку задня стінка щелепи починає торкатися кривої зачерпування матеріалу. Це приведе до того, що ріжуча кромка буде виводитися з матеріалу й грейфер буде заповнюватися неефективно.

   Зниження поточного значення зусилля в замикаючому канаті зменшує навантаження на двигун, а, отже, і енергоємність процесу зачерпування. Критерієм оцінки енергоємності є площа FS між кривою зусилля в замикаючому канаті й осями координат. Дослідження впливу різних параметрів грейфера на площу FS дозволить виявити шляхи зниження енергоємності процесу зачерпування за рахунок вибору раціонального значення цих параметрів.

   Поточне зусилля в замикаючому канату S2 визначалося по (1):

    При дослідженні спільного впливу двох і більше параметрів грейфера на енергоємність процесу зачерпування апроксимуючою функцією для наближеного опису FS = f(Z_i) є багаточлен першої або другого ступеня.

   Умовимося розрахунки зусилля в замикаючому канату по вираженню (1) при фіксованому значенні інших параметрів грейфера в даній роботі назвемо досвідом, а отримане при цьому значення площі FS будемо називати досвідченим, на відміну від знайденого по апроксимуючому багаточлену (2), яке будемо називати розрахунковим FS_р.

   Застосована лінійна апроксимація. Апроксимуючий багаточлен буде мати вигляд:

Коефіцієнти апроксимації (2) знаходяться по вираженнях:

   Для розв'язку поставлених цілей і проведення досліду параметри грейфера r і р будемо називати нормованими й позначимо їх відповідно X₁ і Х₂. Досліджувана область зміни параметра розділено на К = 2 ділянок (кроків). Крок зміни параметрів наведений у Табл. 1. Отже, замість дійсної незалежної величини Х уводиться її нормоване відхилення Z, а залежність FS=f(X₁, X₂) заміняється виразом FS=f(Z₁, Z₂).

Таблиця 1. Межі зміни досліджуваних параметрів

Параметр	Позначення	Од. вим.	Межі вим.	Крок
p	X1 (Z1)	м	1,035-1,435	0,2
r	X2 (Z2)	м	0,85-1,05	0,1

   Проводилася серія з 4 дослідів. Значення поточного зусилля в замикаючому канаті розраховується за допомогою програми, написаної в середовищі Mathcad 14.0. Отримані дані оброблені в середовищі Microsoft Excel. За допомогою цієї програми побудовані графіки поточних зусиль у замикаючому канаті залежно від величини розкриття щелепи (Рис. 4) і обчислені площі, обмежені кривими зусилля й осями координат. За допомогою виражень (3) - (5) були знайдені коефіцієнти апроксимації й після обчислень отриманий апроксимуючий багаточлен:

   Значення варіації для отриманих дослідних даних менше 5%, тому можна зробити висновок, що лінійна апроксимація є задовільною.

   В результаті проведеного дослідження виділені параметри грейферного механізму r і р, визначений ступінь впливу їх на енергоємність процесу зачерпування. Отримана апроксимуюча залежність енергоємності процесу зачерпування від даних параметрів:

Коефіцієнти цієї залежності a1 більше нуля, a2 - менше нуля. Практично це означає те, що для зниження енергоємності параметр р слід зменшувати, а параметр r - збільшувати з урахуванням конструктивних міркувань. За результатами проведених досліджень для забезпечення меншої енергоємності рекомендується прийняти наступні значення параметрів: r = 1,05 м, p = 1,035 м.

Рисунок 4 - Графік зміни зусилля в замыкаючому канаті

   Список джерел.

1. Таубер Б.А. Грейферные механизмы. - М.: Машиностроение, 1967.- 424 с.;
2. Таубер Б.А. Грейферные механизмы. - М.: МАШГИЗ, 1985. - 270 с.;
3. Михайлов И. В. Математическая модель движения грейфера. Вестник АГТУ. 2006. №1 (30);
4. Вайнсон А.А. Андреев А. Ф. Крановые грузозахватные устройства: Справочник. М.: Машиностроение, 1982 - 356 с.;
5. Зенков Р. Л. Методика расчета грейферов. - Тр. ВНИИПТмаша/ВНИИПТмаш, 1966, вып. 8 (72), с. 3 - 77.
6. Шевченко Н.А., Б.П. Румянцев. К вопросу теоретического исследования кинематики грейферного механизма. Автоматизация производственных процессов в машиностроении. Львов,1972, №16. – с.69-72;
7. Ясиновский А.М. Динамические нагрузки, воздействующие на канатный грейфер при эксплуатации//Морские порты.- М.: Рекламинформбюро ММФ. 1975. С. 99-101 (ОИИМФ);
8. Ясиновский А.М. К методике прочностного расчета элементов челюстей канатных грейферов//Сборник «Детали машин и подъемно-транспортные машины», вып.8. Киев, «Техніка», 1968. С. 101-110 (ОПИ).
9. Ясиновский А.М. Экспериментальное определение эксплуатационных нагрузок в элементах натурных канатных грейферов//Сборник «Детали машин и подъемно-транспортные машины», вып.7. Киев, «Техніка», 1968. С. 91-99 (ОПИ).
10. ГОСТ 24599-87 Грейферы канатные для навалочных грузов. Общие технические условия;