автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Динамика поворота гидравлических стреловых самоходных кранов

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1.Тенденция развития типа привода крановых механизмов и стрелового оборудования строительных ССК

1.2.Анализ параметров, определяющих производительность крана

1.3.Определение параметров и характеристик переходного процесса гидропривода

1.4.Анализ динамики грузоподъемных машин для повышения их производительности

1.4.1. Оценка факторов динамического нагружения элементов крана

1.4.2. Влияние отклонения оголовка стрелы на точность установки груза

1.4.3. Оценка раскачки груза при вращении платформы крана

1.5.Выбор методов исследования динамики системы кран-груз-гидропривод

Выводы по главе и задачи исследований

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОПРИВОДА МЕХАНИЗМА ПОВОРОТА

СТРОИТЕЛЬНЫХ ССК

2.1.Сравнительные исследования на ЭВМ вариантов гидросхем и гидроэлементов привода механизма поворота.

2.2.Анализ факторов и обоснование допущений для исследования динамики гидропривода механизма поворота

2.3.Определение диапазона изменений внешних нагрузок механизма поворота кранов грузоподъемностью от 6,3 до 250 т

2.4.Исследование динамических характеристик гидропривода механизма поворота строительных ССК •.•.•.•.•.•.••V.V.;.

2.4.1. Разработка стенда-нагружателя гидропривода, имитирующего диапазон изменения внешних нагрузок механизма поворота

2.4;2. Разработка теоретических зависимостей и методики расчета параметров гидропривода при пуске и торможении механизма поворота

2.4.3. Сравнительные исследования динамических и регулировочных характеристик вариантов гидросхем ••••••.•••••••.••.•.•.••.••

Выводы по главе •'••••••••••••••••••••.•••

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ПОВОРОТА СИСТЕМЫ КРАН-ГРУЗ-ГИДРОПРИВОД

3.1. Исследование перемещений оголовка телескопической стрелы в плоскости действия боковой нагрузки . ••.

3.1.1. Выбор расчетной схемы и разработка методики расчета перемещений оголовка телескопической стрелы при поворотном движении платформы •••.••.

3.1.2. Исследование факторов, влияющих на отклонение оголовка телескопической стрелы

3.2. Анализ раскачки груза при поворотном движении платформы крана

З.2.Г. Обоснование и разработка математической модели поворота платформы гидравлических кранов с учетом колебаний груза ••••••••

3.2.2. Разработка блок-схемы алгоритма расчета и программа реализации на ЁС ЭВМЧ.

3.2.3. Теоретические и экспериментальные исследования колебаний груза ••••.••.••.••

3.2.4. Выбор критериев анализа раскачки груза для обоснования рекомендаций рационального времени разгона, торможения и управления механизмом поворота •••••.

3.2.5. Анализ времени цикла поворотного движения платформы

3.3. Исследование влияния характеристик гидропривода на динамические процессы системы кран-груз

Выводы по главе

ГЛАВА 4. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 4.Г. Цели и задачи экспериментальных исследований

4.2. Выбор, характеристика и подключение аппаратуры.

4.3. Подготовка к проведению экспериментов на натурных кранах.

4.4. Планирование эксперимента

4.5. Математическая обработка результатов и оценка точности измерений .w

Выводы по главе ••••••••.•••v.

ГЛАВА 5. РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ПО ПОВЫШЕНИЮ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ КРАНОВ

5.1. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований

5.2. Рекомендации для промышленности

5.3. Реализация результатов исследований в промышленности

Выводы по главе

Основные выводы

1. Сокращение продолжительности цикла поворота может быть обеспечено цутём уменьшения времени на движение платформы и установку груза повышением регулировочных качеств гидропривода и снижением перемещения оголовка телескопической стрелы в горизонтальной плоскости.

2. Анализ динамических свойств гидропривода механизма поворота позволил определить коэффициенты кратности регулирования гидросхем (Глава 2.) и расчётные зависимости для определения максимального давления, поэтапной продолжительности срабатывания гидроэлементов, времени пуска и торможения (Глава 2), а также предложить методику расчёта рациональных параметров переходного процесса гидропривода и характеристики регулирования вариантов гидросхем для достижения точной остановки платформы (Глава 2).

3. В результате изучения регулировочных свойств гидросхем механизма поворота кранов установлено, что:

- в "базовой" гидросхеме при изменении грузовысотных характеристик, обусловленных переменными параметрами длины стрелы, вылета, массы груза, изменяются статические нагрузки сопротивления вращению и момент инерции на валу гидромотора и с их возрастанием регулировочные свойства привода снижаются максимально на 70$, что затрудняет использование данной гидросхемы в качестве унифицированной для всей гаммы кранов грузоподъёмностью от 6,3 до 250 т. Повышению управляемости привода на 30$ способствует более точная установка крана на опорах с уклс* ном 0,5° и использование дискового тормоза в механизме поворота;

- темп управления золотником распределителя X наиболее значимо влияет на формирование переходных процессов и может ухудшать регулировочные свойства привода на 90%. При этом допустимый диапазон X определяется по предлагаемым зависимостям в функции параметров крана и гидропривода и увязан со временем переходных цроцессов, определяемым из условия точности остановки платформы и груза;

-для механизма поворота кранов целесообразно использование схемы объёмного регулирования "закрытого" типа, а также и с разомкнутой циркуляцией жидкости: гидросхемы с регулятором расхода или с обратной связью. В данных гидросхемах продолжи те льность регулирования в переходных процессах составляет соответственно 90 и 80$ от времени управляющего воздействия.

4. Получены зависимости для определения частот колебаний и перемещений секций и оголовка стрелы (Глава 3), позволяющие проанализировать факторы для снижения горизонтального перемещения оголовка стрелы на 85-70$ от возможных максимальных значений (цифры по возрастанию грузоподъёмности крана).

5. Использование рекомендуемых гидросхем и ограничения боковых зазоров между секциями из плоскости стрелы в пределах Л =2-4 мм способствуют снижению динамических нагрузок в конструкции стрелы на 25$ и раскачки груза более чем на 30$.

6. Применение разработанной методики расчёта и оценки колебаний груза позволяет обосновать рациональное время переходных процессов механизма поворота, необходимый темп управления гидроприводом и минимальное время поворота, что повышает производительность кранов на 10-12$.

7. Для кранов грузоподъёмностью от 6,3 до 100 т. проведено внедрение результатов по совершенствованию конструкции телескопической стрелы, использованию дискового тормоза в механизме поворота, обеспечению требований ограничения уклона установки крана и времени переходных процессов. Даны предложения заводам ПО "Автокран" и учебному комбинату при Госстрое СССР по дополнению црограммы обучения и подготовки крановщиков. Перспективная задача - внедрение рекомендуемых автором гидросхем.

8. Дальнейшие работы в рассматриваемой области целесообразно направить на исследование и применение обратных связей гидропривода, позволяющих частично автоматизировать процесс поворота с целью дальнейшего повышения производительности крана с обеспечением автоматического гашения раскачки груза'.

1. Штерналы ХХУ1 съезда КПСС; М.: Политиздат, 1981, 223с.2! Итоги юбилейного 1977 года. Строительные и дорожные машины, 1978, ЯЗ, с. 1-3.1. Книги

2. Поляков В.И., Альперович А.И!, Полосин М,Д.-, Чистяков А!Т. Машины для монтажных работ и вертикального транспорта. Справочное пособие по строительным машинам, М.:Стройиздат, 1981, 349с^

3. Пасынков P.M., Беркович Ф.М. "Объемные гидроприводы строительных и дорожных машин за рубежом", ЦНИИТЭСтроймаш, М.,1968,- 48с.

4. Смирнов O.A., Вдовина Т.О., Савельев В.Щ' "Гидравлический привод стреловых самоходных кранов", М., ЦНИИТЭСтроймаш, 1979. 55cv6; Смирнов O.A. Особенности развития гидравлических самоходных кранов. Обзорная информация. М!, ЦНИИТЭСтроймаш, 1979, 43с;

5. Лейко B.C. Объемные гидропередачи на строительно-дорожных машинах. Серия Ш ЦИНТИАМ, М, 1963 143 с';

6. Гамынин Н.С. Гидравлический привод систем управления! М;!: Машиностроение, 1972 - 376 с!14у Гамынин Н.С., Жданов Ю.К., Климашин АД-.' Динамика быстродействующего привода. М.: Машиностроение, 1979 80 с.

7. В.'Эрнет. Гидропривод и его промышленное применение. М.: Машгиз, 1963 492 с.

8. Алексеева Т. В. Гидропривод и гидроавтоматика землеройно-транс-портных машин"; М.: Машиностроение, 1966 146 с.

9. Коваль П.В. Гидропривод горных машин. Недра, М.,1967.

10. Мелик В.И., Подгорный и др; Гидропривод тяжелых ГПМ и самоходных кранов". М.: Машиностроение, 1968;19; Праздников А.В.' Гидропривод в металлургии. М.: Металлургия, 1973. 336 с.

11. Ситников Б.Т., Матвеев И.Б. Расчет и исследование предохранительных и переливных клапанов. М.: Машиностроение,1972 - 128с.

12. Коробочкин Б.Л. Динамика гидравлических систем станков. М.; Машиностроение, 1976 - 240с.

13. Мелик-Гайказов В.Н. и др. Гидропривод тяжелых грузоподъемных машин и самоходных агрегатов. М.: Машиностроение,1968.

14. Беркович Ф.М., Каштанов Л.Н. Гидравлические схемы строительных^ дорожных и коммунальных машин и методика их составления: учеб. пособие для Моск.автомобильно-дорожн.ин-та. М.: Московская правда, 1973 - 60с.

15. Волков Д.П. Исследование динамических явлений при повороте экскаваторов и кранов. Труды ВНИИСтройдормаш, кн.1 М.:Машгиз, 1951 - 98с.

16. Волков Д.П; Влияние конструкции привода на динамические нагрузки в универсальных экскаваторах. Строительные и дорожные машины, 1957, №5 4-II с.

17. Волков Д.П. Динамика и прочность одноковшовых экскаваторов. -М.: Машиностроение, 1965 463с.

18. Вайнсон A.A. Подъемно-транспортные машины. Учебник для ВУЗов,М.: Госстройиздат,1959 459с.

19. Комаров М.С; Динамика механизмов и машин. М.: Машиностроение, 1969. - 295с.

20. Голубенцев А.Н. Динамика переходных процессов в машинах со многими массами. М.: Машгиз, 1959. - 146с.

21. Голубенцев А.Н. йнтегральныб методы в динамике. Киев.: Техника, 1967. - 350с.

22. Казак С.А. Динамика мостовых кранов. М.: Машиностроение, 1968 -331с.

23. Кожевников С.Н. Динамика машин с упругими звеньями. Киев.: из-в< АН УССР, 1961 - 160с.

24. Кожевников С.Н. Основная структура синтеза механизмов. Киев.: Наукова думка,1979 - 232с.

25. Живов Л.Г. Привод и автоматика самоходных кранов. М.: Машиностроение, 1974. - 151с.

26. Гохберг М.М. Металлические конструкции ПШ. 3-е изд.перераб* и дон. - Л.: Машиностроение, 1976. - 454с.

27. Богуславский П.Е. Металлические конструкции грузоподъемных машин и сооружений. М.: Машгиз,1961. - 519с.

28. Расчеты крановых механизмов и их деталей. ВНЙИПШАШ. 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение, I97I.\- 495с.

29. Филиппов А.П. Колебания деформируемых систем. 2-е изд., перераб и доп. - М.: Машиностроение, 1970. - 734с.

30. Давыдов Б.Л., Скородумов Б.А. Статика и динамика машин в типичных режимах эксплуатации. М.:Машиностроение, 1967 - 431с.43* Петров Ю.П. Оптимальное управление электроприводом. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1961, - 187с.

31. Смехов A.A., Ерофеев Н.И. Оптимальное управление ПТМ. М.: Машиностроение, 1975. - 239с.

32. Черноусько Ф.Л., Акуленко Л.Д., Соколов Б.Н. Управление колебаниями. М.: Наука, Iöbü. - 383cv46; Справочник по пластическим материалам. Изд; 2-е перераб. и доп. Т2. Под ред. B.M. Катаева, В.А.Попова, Б.И.Сажина, М.: Химия, 1975. 567с;

33. Брауде В;-И. Вероятностные методы расчета грузоподъемных машин.-I.: Машиностроение, Ленингр.отд-ние,1978. 230с.

34. Раевский Н.П. Методы экспериментального исследования механических параметров машин. М.: Изд-во АН СССР, 1952. - 236с.

35. Раевский Н;П. Датчики механических параметров машин. М.: Изд-во АН СССР, 1959. - 187с.

36. Мэнли Р.Ж; Анализ и обработка записей колебаний. Пер.с англ; 2-е русское изд. с дополн. С.С.Зиманенко и ЛъЮ.Купермана. М.: Машиностроение, 1972. - 368с;

37. Лбов Г; С. Методы обработки разнотипных экспериментальных данных. "Наука", Сибирское отделение, 1981. 160с.

38. Касандрова О.Н., Лебедев В.В. Обработка результатов наблюдений. ■ М.: Наука, 1970. 104с.

39. Расчет и проектирование строительных и дорожных машин на ЭВМ (под ред.Е.Ю.Малиновского). М.: Машиностроение,1980. - 216с.54:. Леонтьев Н.Л. Техника статистических вычислений; М.-Л.: Гос-лесбумиздат, 1961. - 231с".

40. Браунли К.А. Статистические исследования в производстве. М.: Изд-во Иностранной литературы, 1949. - 227с.-2031. Статьи

41. Солома тина Л.А., Беренгард Ю.Г. Сравнительные исследования на ЭВМ вариантов гидросхем механизма поворота стреловых самоходных кранов*. Науч.тр^/ВНИИСтройдормаш,М.,1981,вып.92, с.63-71.

42. Соломатина Л.А. Расчет параметров переходного процесса гидропривода механизма поворота стреловых самоходных кранов. М.: Известия ВУЗов, Машиностроение, 1983, № 2.

43. Ягнин М.И., Кузьмин К.М. Гидропривод в ПШ. ШИИнформтяжмапГ. Подъемно-транспортное оборудование, вып.4,1966.

44. Прокофьев В.Н., Лобачев В.М. Управляемость машин* Вестник машиностроения. М.: 1974*

45. Григоров О.В. Переходные режимы работы гидропривода механизма пере движения мостового крана'; Вестник машиностроения, № 5, 1971 -сШ-17;

46. Смирнов O.A., Савельев В;П. Исследование характеристик гидроприводов грузовых лебедок стреловых кранов. Труды ВНИИСтройдормаш, J6 76, М.,1977, с.35-44.

47. Сиротский В.Ф. Нагрузки на поворотные краны, вызываемые раскачиванием груза. Сб."Вопросы теории расчета ПТМ",кн.43,М.:Машгиз, 1957.

48. Чистов В.П., Матафанов П.П., Троян В.А. Оптимальное по быстродействию управление электроприводами постоянного тока. Электричество, № 5, 1967.

49. Аксенов Л.Б., Гниломедов Г.И., Орлов А.Н. Синтез оптимальной системы подавления раскачивания груза. "Труды Ленинградского ин-та водного транспорта", вып.155,1976,с.25-31.

50. Биргер С.Л., Дроздович Э*А., Литинский Е.А. Способы контроля положения груза в пространстве, применительно к портальным кранам "Труды Ленинградского ин-та водного транспорта", вып.155,1976, с.91-95.

51. Бушуев Л.П., Ин А., Малиновский А.К. Технические требования к механизмам поворота универсальных экскаваторов кранов. - Сб.Труды Моск.горн.ин-та "Механизмы горных машин". - М.: Недра, 1969, с.76-83.

52. Ерофеев Н.И. Основные принципы исследования оптимальных режимов работы крановых установок. Механизация и автоматизация производства, В 8, 1966. с.31-34.

53. Болобан H.A. К выбору рабочих скоростей строительных кранов-. Вестник инженеров и техников, JÊ4, 1952. с.156-161.

54. Бакке В. Тенденция развития в области гидравлики. "Ш?ydiauEtfk und Pneumatik « (нем.ФРГ) M, т.19, 1975, с;237-249.

55. С zimmezH.J. S in fFuß dez t/u£Espa£t^zöße auf die statischen Kennwerte von Vizxßariten-Sezvoventtfen iei konstanten Eiriganys-dtucR. MascRinenŒauteciïnùfc, 4975r 24, t/ S с. 393-39?.

56. Грейнер. Регулировочная характеристика приводов-. "DeuUtRe fiefe undFöidentecßnC^"(HeM.ГДР) В 9, 1972, cV69-7I.

57. Zicß 3.J. Vezfossezte LeLstunqsansnutzung ßei EzdßoumascRinen duzcR optimale Pumpensteuezung." 0€Кцс/гаи£б& Und Pneumatik" T.20 t л/4 , 4376 г. с. с. 219 222.

58. Fiscßei ScRiinlce G*. VezsteCE-und Re(je6eL№LcRtun(jen Bei AxiafäoWenpumpen. (( %dust%Ce AnzaicjeiT.3G,v28,<l37A,cW-3W

59. D*est<j H. BezecRnung extzemet dynamischer. ßeCatun^en in Unste-ticjfözc/erezn. Hefezeuge und Fozdetmiitee,-J376, HG,»8, сШ-245.87 .Ç-ZoaSeW. 5ezecRnen von Кгапаиь&дегп nacß dez Tfieoztell. Ordnung Иевегеиуе und FotJezmitte?, 1377, j, -/7, c. lB-8h

60. Hee3e-bjözn Kuntze. Zur zeitoptimaCen Steuezuncj und Re^ePun^ Von Loußzanen. WC^enscfioH&cRz Zeit schißt der Hocfccßu £e (йг VezfcetRzbwesen"Fzùedzicfi List"in Dresden 197/, Щ»4,с.ЗВ-330

61. Т.Окамото. Аппаратура безопасности и гидравлика кранов. "Кэнсэцу кикай" (Японск;) ,т.10,$5, 1974, с.43-49. Перевод Ш1-75-8402 (по перечню ЦНИИТЭСтроймаш/учетам Бюро спецпереводов) .

62. Фрейдлин В.Б. Исследования влияния неустановившихся режимов на эффективность работы портовых кранов. Дисс. .канд.техн.наук. -Л., 1973. 148с.

63. Будиков Л.Я. Исследование влияния некоторых факторов на динамические нагрузки металлоконструкции кранов. Дисс. .канд.техн.наук. Ворошиловград,1971. - 186с.

64. Портной Н.И. Исследование процесса управления механизмом поворота строительных башенных кранов и обоснование требований к его приводу. Дисс. .канд.техн.наук.,М.,1976. 199с.

65. Гниломедов Г.И. Исследование процессов раскачивания груза и эксплуатационных нагрузок портальных кранов. Дисс. .канд.техн.наук, Л., 1976. 239с.

66. Звягинцев Н.В. Эксплуатационные нагрузки стреловых конструкций грейферных портальных кранов. Дисс. .канд.техн.наук.,Л.,1971, -165с.

67. Улитенко И.П. Исследование и разработка методики расчета режимов нагружения строительных автомобильных кранов. Дисс. .канд.техн. наук, М., 1982. 136с.

68. Борисенко В.А. Исследование крановых коробчатых балок в условиях поперечного изгиба. Автореферат. Дисс. .канд.техн.наук Л., 1974. - 18с.

69. Башкова Н.В. Исследование местной нагруженности телескопических стрел кранов. Автореф. Дисс. .канд.техн.наук, М.,1978. 22с.

70. Нгаркин И.Г. Интенсификация перегрузки на валочных грузах крановыми установками и снижение энергетических затрат. Автореф. Дисс. .канд.техн.наук. Горький,1963. - 18с.

71. Авторское свидетельство на изобретение

72. А.с.1025649 Гидропривод механизма поворота грузоподъемной машины. Овечкин М.М., Соломатина Л.А., Зайцев Л.В., Панкрашкин П.В. -Опубл. в Б.И.,1983, Ш 24.1. Нормативные материалы

73. Правила расчета подъемных устройств (составлены Европейской Федерацией по погрузочно-разгрузочным машинам). Раздел I Металлоконструкции. Пер.с франц.,М.:ВНИИСтройдормаш, 1965. - 43с.

74. Правила расчета подъемных устройств. Материалы ФШ. Пер. со 2-го франц.изд-я. Документ № 1805,1972. 206с.1. Депонированные рукописи

75. Соломатина Л.А. Стенд для исследования гидропривода механизма поворота стреловых самоходных кранов. М.,1981. - 13с. - Рукопись представлена НПО ВНИИСтройдормаш. Деп. в ЦНИИТЭСтроймаш, 2 окт. 1981, № 310.

76. Соломатина Л.А. Внешние нагрузки механизма поворота стреловых самоходных кранов с гидроприводом грузоподъемностью от 6,3 до 100т,- М.,1981, 11с, - Рукопись представлена НПО ВНИИСтройдормаш.Деп. в ЦНИИТЭСтроймаш, 2 окт. 1981, № 309.

77. Соломатина Л.А. Анализ колебаний механической системы кран-груз в процессе поворота стреловых самоходных кранов с гидроприводом. -М.,1982. 13с. - Рукопись представлена НПО ВНИИСтройдормаш, Деп. в ЦНИИТЭСтроймаш 16 апр. 1982, В 361сд - Д82.

78. Научно-технический отчет по теме KC-23I0. Исследования и тензомет-рические испытания механизма поворота крана KC-457I, ВНИИСтройдормаш, М.,1980. 77с.

79. Научно-технический отчет по теме ЭК-2/74 "Испытания гидравлическое крана на специальном шасси автомобильного типа грузоподъемностью 25т модели КС-5472", ЦНИП Ивантеевка, M., 1978. 193с.

80. Научно-технический отчет по теме ЦЭК-5/77 "Типовая методика. Определение напряженного состояния металлоконструкций стреловых самоходных кранов", УДК-621.873.327. Номер гос.регистрации ВНТИЦЕНТР 77064497, ЦНИИ Ивантеевка, 1979. - 43с.