автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.05, диссертация на тему:Исследование грузоподьемных механизмов с пневматическим приводом и разработка рекомендаций по их проектированию

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОСОБЕННОСТИ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ПРИВОДА И ЗАДАЧИ ИССЛЕЩО-ВАНИЙ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МЕХАНИЗМОВ С ЭТИМ ПРИВОДОМ.

2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА

С ПНЕВМАТИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ.

3. ДИНАМИКА ПОДЪЕМА ГРУЗА ПРИ РАБОТЕ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МЕХАНИЗМОВ С ПНЕВМАТИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ.

3.1. Подготовительный период работы грузоподъемных механизмов с пневматическим приводом.

3.2. Исследование работы механизмов подъема в переходный период.

3.3. Определение динамической механической характеристики пневматического привода грузоподъемного механизма.

3.4. Динамические нагрузки мостового крана с пневматическим приводом при подъеме груза.«.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ПРИВОДА ГРУЗОПОДЪЕМНОГО МЕХАНИЗМА В Т0Ш03НЫХ РЕЖИМАХ.НО

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕХАНИЗМОВ ПОДЪЕМА

С ПНЕВМАТИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ.

5.1. Программа и методика исследований.

5.2. Результаты экспериментальных исследований и их анализ.

ХХ1У съезд КПСС поставил задачу - ускорить темпы научно-технического прогресса как решающего условия повышения эффективности общественного производства.

Одним из важнейших направлений повышения производительности труда является механизация производственных процессов и, в частности, ликвидация ручного труда на погрузочно-раэгрузочных и транспортных операциях. Грузоподъемные машины являются наиболее массовым средством механизации при ведении погрузочно-разгрузочных и подъемно« транспортных работ со штучными грузами в различных областях народного хозяйства. Причем, для взрыво-и пожароопасных производств, наиболее приемлемым вариантом грузоподъемного оборудования, являются машины с пневматическим приводом, в том числе пневматические тали и мостовые краны.

В зависимости от классификации взрывоопасной смеси и помещения, в котором применяется грузоподъемное оборудование /1,2,3/, оно должно удовлетворять определенным требованиям безопасности /4/.

Разработан и в настоящее время выпускается промышленностью электрический взрывобезопасный привод грузоподъемных машин и механизмов (электродвигатели, аппаратура управления), но он не охватывает весь диапазон взрывоопасных сред /5/. В то же время промышленность ощущает потребность в грузоподъемном оборудовании, охватывающем весь диапазон взрывоопасных сред, где и находит наиболее широкое применение грузоподъемное оборудование с пневматическим приводом.

За рубежом подобное оборудование выпускается серийно в значитель« ных объемах - пневматические цепные и канатные тали и мостовые краны, которые могут работать во всех взрывоопасных средах /6-14/, но, как правило, они не удовлетворяют полностью всем требованиям безопасной эксплуатации отечественных нормативных документов, например, по применению фрикционных тормозов и неискрящих материалов.

В СССР пневматические тали и краны, отвечающие современному тех 5 ническому уровню и требованиям взрывобезопасности во всем диапазоне опасных сред, серийно не выпускаются,

В то же время выявлена потребность промышленности в пневмоталях до 10 тыс.штук в год /15/ и в мостовых взрывобезопасных кранах с пневматическим приводом до 120 штук в год.

Современный технический уровень промышленности позволяет без затруднений освоить производство указанного грузоподъемного оборудования. Тем более, отечественной промышленностью серийно выпускаются пневматические элементы, пускорегулирующая аппаратура и пневмодви-гатели, применяя которые можно комплектовать пневматический привод кранов и талей. Создание и освоение производства взрывобезопасных мостовых кранов и талей с пневматическим приводом позволит механизировать погрузочно-разгрузочные и такелажные работы в производств вах, связанных с образованием пожаро-и взрывоопасных сред, повысит производительность труда при этих работах, исключит простои техно« логического оборудования, обеспечит экономический и социальный эффект и в конечном счете повысит эффективность общественного производства.

В то же время одним из фактов, сдерживающим создание и освоение производства кранов и талей с пневматическим приводом, является отсутствие рекомендаций по их конструированию, оценки нагруженности и методам расчета.

Основными функциями указанного грузоподъемного оборудования является подъем и перемещение штучных грузов и соответственно основным механизмом этого оборудования является механизм подъема груза.

Работа механизма подъема груза характеризуется постоянными разгонами с ускорением и замедлением и торможениями, часто многоступенчатыми» При этих кратковременных изменениях скорости как в элементах механизма так и в узлах металлоконструкций возникают динамические нагрузки, которые могут достигать значительной величины и часто являются одной из основных составляющих общей нагрузки. Методам определения динамических нагрузок при работе механизма подъема посвящено целый ряд монографий и значительное число статей в нашей стране и за рубежом. Причем, необходимо отметить, что в основном количестве работ рассматриваются механизмы подъема с электрическим приводом /16-20/, в ряде работ с гидравлическим приводом /20-25/, есть работы, в которых рассматривается привод с двигателем внутреннего сгорания и паровым. Механизм подъема с пневматическим приводом практически не рассматривается или же делается научно необоснованный вывод о незначительном его влиянии на динамику машин /20/.

При проектировании грузоподъемных механизмов с пневматическим приводом динамические нагрузки на элементы механизма и металлоконструкцию в некоторых случаях приходилось оценивать, с недостаточно обоснованными допущениями» по методике для механизмов с электрическим приводом / 25/. Эти допущения дают завышенные данные по нагру-женности грузоподъемного механизма, не отражают взаимовлияния привода и механизма.

В связи с возросшей потребностью промышленности в грузоподъемных механизмах с пневматическим приводом, особенно во взрывобезо-пасном исполнении, возникла необходимость в исследовании работы механизма подъема с пневматическим приводом как единой системы. Такие исследования позволили изучить взаимовлияние пневматического привода, механизма подъема и металлоконструкции и определить динамичес-ше нагрузки на элементы механизма и металлоконструкцию и выявили юобенности его работы.

Одной из особенностей пневматического привода является его спо-юбность работать в тормозных режимах. Поэтому для затормаживания [еремещающегося груза вместо фрикционного тормоза, работа которого опровождается значительным нагревом его элементов и опасна во зрыво-и пожароопасных средах, можно использовать тормозной режим невматического привода.

В то же время работа пневматического привода в качестве тормоз

- 7 ного устройства практически не изучена и рекомендаций по определению характера работы такого устройства и его параметров не имеется.

Таким образом одним из важнейших вопросов теории грузоподъемных машин и механизмов является исследование механизмов подъема с пневматическим приводом и разработка научно обоснованных методов определения динамических нагрузок на их элементы и металлоконструкцию, параметров торможения при работе привода в тормозных режимах, а также разработка рекомендаций по проектированию грузоподъемных машин с пневматическим приводом.

В представленной работе изложены требования, предъявляемые к механизму подъема с пневматическим приводом, его особенности, рекомендации по проектированию.

Разработана математическая модель механизма подъема с пневматическим приводом, описывающая его работу в пусковых и тормозных режимах. Математическая модель едина для пневматического привода с различными типами пневматических двигателей.

Разработана теоретически обоснованная методика по определению динамических нагрузок на элементы механизма подъема при пуске,применительно к пневматическим талям-и мостовым кранам с пневматическим приводом.

Доказана возможность работы пневматического привода в качестве тормозного устройства, определены его параметры и рекомендованы рациональные схемы управления.

Выполненные исследования и разработанные рекомендации позволили спроектировать взрывобезопасные пневматические тали и мостовые краны с пневматическим приводом на уровне изобретений. Опытные образцы талей и кранов испытаны и переданы в промышленную эксплуатацию.

Ожидаемая экономическая эффективность определена по мостовым кранам грузоподъемностью 5.32 т от 4,5 до 50 тыс.руб.на единицу; м В ** по талям грузоподъемностью 0,5.,,5 т - от 600 до 1000 руб.на единицу, приложение I, Эта экономическая эффективность согласована ПО "Ангарскнефтеоргсинтез" и утверждена Миннефтехимпромом СССР.

Планируется серийное изготовление мостовых взрывобезопасных кранов с пневматическим приводом г.п.5 т на Новобурейском механическом заводе и г.п.10 т на Комсомольском-на-Амуре заводе ПТО.

Экономическая эффективность на предполагаемый объем производства составит 333,8 тыс.руб.

Серийное изготовление пневматических талей всего ряда грузоподъемности в настоящее время осваивается на Алексинском механическом заводе в объеме 2000 шт.в год. Экономическая эффективность на предполагаемый объем производства составит 442,4 тыс,руб. Разрабатывается рабочая документация на опытные образцы пневматических талей и подвесных кранов с пневматическим приводом для морских плавучих буровых платформ и судов. Ожидаемый экономический эффект составит 445 тыс.руб.

I. ОСОБЕННОСТИ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ПРИВОДА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МЕХАНИЗМОВ С ЭТИМ ПРИВОДОМ

С развитием химической, нефтехимической и газовой отраслей промышленности остро ставится вопрос обеспечения их грузоподъемными машинами во взрывобезопасном исполнении.

Наряду с грузоподъемными машинами с электрическим приводом в особо взрывоопасных средах применяются грузоподъемные машины с пневматическим приводом.

Применение пневматического привода в грузоподъемных машинах обусловлено целым рядом их достоинств, основными из которых являются: а) взрыво-и пожаробезопасность; бу) возможность бесступенчатой регулировки скорости; в/) способность работать в тяжелых эксплуатационных условиях; г) небольшие расходы на обслуживание и содержание в исправном состоянии; небольшие габаритные размеры и малая металлоемкость, Взрыво-и пожаробезопасность определяется возможностью использования пневмопривода во всейдиапазоне взрывоопасных сред, согласно классификации по категориям и группам /1,2/ без опасности появления источников взрыва во взрыво-и пожароопасных помещениях. Известно, что разработан электрический взрывобезопасный привод грузоподъемных машин / 5 /, но он не охватывает весь диапазон взрывоопасных зред, табл Л .¡.Пневматический же привод можно использовать в любой, цаже самой опасной среде, так как он не имеет источника образования юкр и повышения температуры.

Необходимо отметить, что в период работы пневмодвигателя выхлоп >тработанного воздуха происходит со значительным понижением его температуры, при этом на выхлопных патрубках даже появляется иней.

Таблица 1.1,

КЛАССИФИКАЦИЯ ВЗРЫВООПАСНЫХ СМЕСЕЙ ГАЗОВ И ПАРОВ С ВОЗДУХОМ СОГЛАСНО ГОСТ 12,1.011-78

Кате- .{ БЭМЗ,Х Группа го~ рия } мм ! Т1 У Т2 \ ТЗ ]" Т4 | Т5 | Тб Температура самовоспламенения смеси, °С

• { Выше ! I450 Выше 300! Выше 200! Выше 135 !ВышеЮ0! Выше 80 до 450 !до 300 !до 200 !до 135 !до 100 ! 1 I !

XX XXX

I Более 1,0 +

II А Более 0,9 + + + + + +

П В Более

0,5 до 0,9 + + + + + +

II С До 0,5 + + + + + +

Примечание:

БЭМЗ - безопасный экспериментальный максимальный зазор между фланцами оболочки, через который не происходит передача взрыва из оболочки в окружающую среду при любой концентрации смеси в воздухе; В первой категории имеется только одна группа, ¿аком (+) отмечено общее количество групп; ххх^ Среды, для которых разработан взрывобезопасный электропривод, заштрихованы.

Бесступенчатая регулировка скорости повышает маневренность грузоподъемных механизмов и позволяет применять их как в технологических процессах производства, так и при производстве монтажно-демонтажных и ремонтных работ. Бесступенчатая регулировка скорости при производстве монтажно-демонтажных работ позволяет повысить производительность труда на 7,.,12 % / 26 /,

Способность пневматического привода работать в тяжелых эксплуатационных условиях определяется возможностью работы в течение длительного времени без повреждений в "горячих цехах" и в запыленных или влажных (коррозийных) помещениях» Пневматический привод наиболее полно удовлетворяет этим условиям. Он надежно работает в помещениях с параметрами окружающей среды: а) температура от плюс 5 °С до плюс 50 °С; б) влажность до 97 % при температуре окружающей среды плюс 35°С; о в) запыленность до 1000 иг/и ,

Кроме того,следует отметить, что пневматический привод может работать в течение длительного периода времени без ограничения относительной продолжительности включения (ПВ = 100 %), А при восприятии чрезмерно больших нагрузок; превышающих допустимые, пневматический двигатель останавливается. Электродвигатель в подобной ситуации обычно перегревается и выходит из строя.

Небольшие расходы на обслуживание и содержание в исправном состоянии обеспечиваются установкой фильтров, влагоотделителей, масло-распылителей, редукционных клапанов в пневмосистему приводов. ' Как показала практика, при работе в тяжелых эксплуатационных условиях, например в шахтах, пневмопривод реже выходит из строя чем электропривод /27 /,

Малые габариты и малая металлоемкость является важным показателем технического совершенства изделий. По этим показателям пневматический привод имеет преимущества над электрическим, а особенно при взрывобезопасном исполнении. Если сравнивать пневматический привод с электрическим во взрывобезопасном исполнении, выполненный согласно требованиям взрывобезопасности / 4,28 У, то окажется, что габариты и масса последнего будут в 1,5,.2 раза выше.

Однако, наряду с достоинствами, пневмопривод имеет и ряд недостатков: а) стоимость пневмоэнергии в несколько раз выше электроэнергии; б) ограниченность радиуса действия из-за сложности подвода к пневмоэнергии к подвижным объектам; в) низкий К.П.Д.; г) повышенный шум при работе; д) конденсация влаги на выходе пневмодвигателя.

Учитывая достоинства пневматического привода и принимая во внимание их недостатки, можно заключить, что грузоподъемные машины с пневматическим приводом являются наиболее приемлемым вариантом оборудования для предприятий, связанных главным образом с работой оборудования во взрыво-и пожароопасных средах. Они находят применение в основном на предприятиях нефтехимической, нефтеперерабатывающей, газовой, химической, угольной, горнорудной отраслей промышленности, а так^же в отдельных цехах и участках других отраслей промышленности, где в определенных условиях образуются по-жаро-и взрывоопасные смеси паров, жидкостей, газов или пыли с воздухом.

Из грузоподъемных машин с пневматическим приводом, наиболее широкое распространение находят пневматические тали и мостовые краны.

Применение мостовых кранов с пневмоприводом и пневматических талей позволит обеспечить механизацию погрузочно-разгрузочных, монтажно-демонтажных работ, доставку оборудования и механизацию прочих такелажных работ в зонах взрыво-и пожароопасных по газу и пыли, где в настоящее время чаще всего применяется ручной труд, повысит производительность труда при этих работах, уменьшит простой основного технологического оборудования, обеспечит экономический и социальный эффект и в конечном счете повысит эффективность общественного производства.

Грузоподъемные машины характеризуются повышенной динамической напряженностью работы таких элементов как несущих металлоконструкций, приводов, трансмиссий и грузонесущих органов. Динамические нагрузки на элементы механизма подъема и металлоконструкцию крана возникают в следующие периоды неустановившегося движения: пуск для подъема груза, висящего на канатах - "подъем с веса"; подъем груза с основания при ослабленных канатах - "подъем с подхватом"; подъем груза с основания при предварительно натянутых канатах - "подъем груза с упругим подхватом"; пуск двигателя наспуск груза, висящего на канатах; торможение поднимаемого груза; торможение опускаемого груза^ опускание груза на жесткое основание; опускание груза на упругое основание.

Наиболее полно вопросы динамики изучены при работе механизма подъема с электроприводом в работах М.П.Александрова /17/, М.М.Гох-берга /18,29/, М.С.Комарова /20/, С.А.Казака /19,30/, Н.А.Лобова /31,33/ и целого ряда других авторов /33-40/, Ими рассмотрены особенности механизмов подъема, исследованы вопросы взаимодействия приводов и металлоконструкций и формирования нагрузок. В результате исследований предложены методики для определения нагрузок на механизмы подъема, металлоконструкцию и их элементы.

В предложенных методиках учитываются следующие факторы:

- изменение жесткости каната с изменением его длины при подъеме груза /41,42/; период неустановившегося движения,при котором возникают максимальные динамические нагрузки /19/;

- расположение грузовой тележки в пролете крана /20/;

- режим управления /43/;

- распределение массы главных балок по длине пролета /44/;

- механические характеристики электродвигателей /42,44,45/;

- диссипативные силы /43,46/; податливость основания, с которого поднимается груз /20/.

Из всех рассмотренных методик наибольший интерес вызывает методика, разработанная Н.А.Лобовым /46/. Им разработана расчетная динамическая схема, которая учитывает основные особенности мостового крана, ранее рассматриваемые поотдельности. Эта схема наиболее полно приближает математическую модель к реальным процессам, и в настоящее время является наиболее приемлемой для инженерных расчетов динамических нагрузок мостовых кранов.

В ряде работ рассматриваются механизмы подъема с гидравлическим приводом /22,23,47,48/, в результате которых определяются их технические параметры и нагрузки на крановые механизмы и металлоконструкцию.

По грузоподъемным машинам с пневматическим приводом подобных работ практически нет. Необходимо отметить, что по механизму передвижения кранов ряд исследований уже выполнено /49/, но они не позволяют оценивать динамику при работе механизма подъема груза. Кроме того, автором исследован пневмопривод механизма передвижения только с радиально-поршневым двигателем. В то же время в механизмах подъема с пневматическим приводом применяются и другие типы двигателей /50/.

При проектировании крановых механизмов подъема с пневматическим приводом динамические нагрузки на элементы механизма и металлоконструкцию ориентировочно оценивают по методике для крановых механизмов с электрическим приводом. Применение названной методики к механизму подъема с пневматическим приводом теоретически не обосновано, ввиду ряда существенных отличий между электрическим и пневматическим приводами;

- во-первых, в момент пуска движущий момент пневматического двигателя нарастает плавно от нуля до максимума за сравнительно продолжительный промежуток времени, так как в отличив от электрического двигателя переходные термодинамические процессы в первом протекают значительно медленнее переходных электромагнитных процессов;

- во-вторых, движущий момент пневматического двигателя изменяется как в пределах одного оборота, за счет кинематических и конструктивных особенностей, так и в течение всего переходного периода с изменением скорости вращения выходного вала, за счет термодинамических процессов, протекающих в двигателе;

- в-третьих, подготовительный период в пневматическом приводе значительно отличается от подготовительного периода в электрическом приводе как по продолжительности протекания так и по характеру процесса.

Проведенный анализ литературных источников по вопросу динамического расчета грузоподъемных механизмов показал:

- применение методики расчета динамических нагрузок механизма подъема с электрическим приводом к механизму подъема с пневматическим приводом дает завышенные результаты и снижает точность прочностных расчетов;

- существующие методы расчета не позволяют определить характер и закон изменения нагрузок на подъемный механизм с пневматическим приводом в вертикальной плоскости в период пуска и торможения.

Работа механизма подъема с пневматическим приводом в тормозных режимах также имеет ряд особенностей, которые особенно важно учитывать при работе во взрывоопасных и пожароопасных средах, В грузоподъемных механизмах тормоза выполняют две функции « торможение перемещающейся массы (осуществление замедления) и блокирование неподвижного механизма (стопорение механизма) /33,51/. Ввиду выполнения тормозом этих двух функций,тормоза грузоподъемных машин не только обеспечивают безопасность работы, но и оказывают влияние на производительность этих машин.

В механизмах подъема с электрическим приводом обычно применяют 16 » ся фрикционные колодочные тормоза с электромагнитным и электрогидравлическим толкателями«

Применение фрикционных колодочных тормозов в механизмах подъема с пневматическим приводом вызывает ряд проблем.

Во-первых, выполнение указанных двух функций фрикционным ком-лодочным тормозом (осуществление замедления и стопорения) сложно. Первая функция находится в противоречии с тем, что для обеспечения замедления не выше допустимых значений, нельзя повышать тормозной момент сверх допустимых значений« А выполнение второй функции не позволяет применять тормозной момент меньше предписанного нормативными документами для обеспечения запаса торможения« Практика показывает, что для осуществления мягкого торможения» эксплуатационники иногда чрезмерно уменьшают тормозной момент, и в ряде случаев это приводит к уменьшению надежности торможения и снижению безопасности при эксплуатации грузоподъемных машин, особенно во взрыво- и пожароопасных средах« В то же время тормозами, отрегулированными по максимальному действующему моменту, осуществляется слишком "жесткое" торможение, в результате чего возникают повышенные динамические нагрузки на элементы механизма и металлоконструкцию /33/,

Во-вторых, фрикционные колодочные тормоза при работе в течение короткого периода времени преобразовывают значительное количество кинетической энергии перемещающихся масс в тепловую энергию« Это преобразование ведет к значительному нагреву элементов тормоза, что особенно опасно при работе грузоподъемных машин во взры-во- и пожароопасных средах /51/. Поэтому применение фрикционных колодочных тормозов во взрыво-и пожароопасных средах затруднено и требует специального исполнения /4/, что является одним из факторов »сдерживающим внедрение грузоподъемных машин не только с электрическим, но и с пневматическим приводом во взрывоопасных производствах.

В то же время известно/ 52 - 54/ , что пневматический привод 17 обладает хорошо реализуемым свойством обратимости, т.е.может работать не только как источник энергии, но и в режиме поглощения энергии, например компрессорном, который можно использовать в качестве тормозного.

При работе пневматического привода в компрессорном режиме кинетическая энергия перемещающегося груза преобразуется в потен» циальную энергию сжатого воздуха» Указанное свойство пневматического привода позволяет использовать его в качестве тормозного устройства, для выполнения одной из указанных функций тормоза -торможения перемещающейся массы груза (осуществление замедления).

Работа пневматического привода поступательного движения (пневмоцилиндра) в тормозных режимах изучена довольно полно и раз*» работаны методики, позволяющие довольно точно определять время торможения, усилия торможения, тормозной путь /55-57/.

В то же время работа в тормозных режимах пневматического привода с пневматическими двигателями вращательного движения, кото*« рые в основном применяются в грузоподъемных механизмах (ради ал ь-но-поршневые, аксиально-поршневые, ротационные), практически не изучена. Рекомендаций по определению характера работы такого уст-* ройства, температурного режима, нагрузок на элементы механизма при торможении и параметров торможения (тормозного момента, времени торможения) не имеется.

На основании вышеизложенного можно выделить следующие цели работы:

1. Исследовать взаимовлияние пневматического привода и грузоподъемного механизма как единой системы и определить динамические нагрузки на элементы механизма и металлоконструкцию в вертикаль» ной плоскости при работе механизма подъема в переходные периоды пуска;

2. Установить возможность работы пневматического привода механизма подъема в качестве тормозного устройства, определить его

• хз —

Температурный режим, параметры (тормозной момент, время торможения) и нагрузки на элементы механизма при торможении;

3, Разработать научно обоснованную инженерную методику расчета нагрузок на механизм подъема с пневматическим приводом и его элементы, оснащенного одним из указанных типов двигателя - радиально-поршневым, аксиально-поршневым, ротационным;

4. Разработать рекомендации по рациональному проектированию механизма подъема с пневматическим приводом.

Для достижения поставленных целей рассматриваются и решаются следующие задачи:

X. Разработка математической модели механизма подъема с пневматическим приводом с учетом типовых конструкций пневматических двига» телей, применяемых в механизмах подъема;

2. Теоретические исследования механизма подъема в различных ре«* жимах пуска;

3. Теоретические исследования пневматического привода механизма подъема в тормозном режиме;

4. Экспериментальные исследования работы механизма подъема с пневматическим приводом;

5. Разработка методики расчета динамических нагрузок на элементы механизма подъема с пневматическим приводом и металлоконструкцию.

6. Выявление конструктивных особенностей пневматического привода механизма подъема с учетом возможности его работы йпусковых и тормозных режимах и разработка рекомендаций по рациональному про» ектированию механизма подъема с пневматическим приводом.

Поставленные задачи теоретических исследований решаются методами логического синтеза и динамического анализа. В этом случае для заданных условий работы методами логического синтеза выбирается оптимальная схема, а затем методами динамического анализа определяется характер и величина динамических явлений в механизме.

-1716. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Одним из важнейших и малоизученных вопросов теории грузоподъемных машин и механизмов является разработка научно обоснованных методов расчета динамических нагрузок на элементы и металлоконструкцию механизмов подъема с пневматическим приводом.

2. Применение существующих методик расчета динамических нагрузок механизмов подъема с электрическим приводом к механизму подъема с пневматическим приводом научно не обосновано, не позволяет определить:, характер и закон изменения нагрузок на этот механизм в период пуска и торможения и дает завышенные результаты.

3. Применение фрикционных колодочных тормозов во взрыво-и пожароопасных средах на грузоподъемных механизмах затруднено и требует специального исполнения, а работа пневматического привода в тормозных режимах практически не изучена и рекомендаций по проектированию такого привода и определению параметров торможения,температурного режима и нагрузок на элементы механизма при торможении не имеется, что является факторами, сдерживающими внедрение грузоподъемных машин с пневматическим приводом во взрывоопасных производствах,

4. Разработана общая математическая модель грузоподъемного механизма с пневматическим приводом вращательного действия с применением существующих справочных и расчетных материалов по анализу и синтезу пневмоприводов поступательного движения и материалов по расчету грузоподъемных машин. Разработанная математическая модель едина для пневматических приводов с различными типами двигателей объемного типа, применяемыми в грузоподъемных машинах,и учитывает как общие закономерности различных типов двигателей,так и особенности каждого из них,

5. Подготовительный период механизма подъема с пневматическим приводом, который характеризуется временем подготовительного периода пневматического двигателя и тормоза, а так/же величиной пускового момента двигателя и тормозного момента стопорного фрикционного тормоза, имеет свои особенности, накладывающие особые требования при проектировании механизма подъема с пневматическим приводом. Согласно этим требованиям в системе управления необходимо устройство, обеспечивающее согласование времени прохождения сигнала управления к двигателю и тормозу.

Установка этого устройства исключает "проседание"(опускание) подвешенного груза в момент включения за счет размыкания тормоза только после того, как на двигатель будет подано давление.

Величина пускового момента пневматического двигателя зависит от углового положения его выходного вала и меняется при его повороте от максимального до минимального значения. Поэтому при проектировании необходимо выдержать соотношение между пусковым моментом двигателя, моментом торможения и нагрузочным. Минимальный пусковой момент двигателя должен обеспечивать подъем номинального груза. Максимальный момент двигателя должен быть меньше тормозного момента фрикционного тормоза, с целью исключения проворачивания двигателя при замкнутом тормозе.

6. Разработан метод теоретического исследования механизмов подъема с пневматическим приводом. Исследована работа этих механизмов в пусковых и тормозных режимах с радиально-,аксиально-поршневыми и ротационными пластинчатыми пневматическими двигателями. На основе этих исследований приведены рекомендации по расчету на прочность как несущих элементов грузоподъемных машин,так и элементов привода.

7. Построены механические динамические характеристики пневматических приводов механизмов подъема с радиально-,аксиально-поршневыми и ротационными двигателями и проведено сравнение их со статическими механическими характеристиками, общими для каждого из указанных типов двигателей. Рекомендовано применение статической механической характеристики в качестве силового фактора в динамических расчетах, что позволяет значительно упростить расчеты нагрузок в элементах грузоподъемных машин с пневматическим приводом.

8. Разработана методика расчета динамических нагрузок в канате и металлоконструкций мостовых кранов с пневматическим приводом. Определен уровень динамической нагруженности металлоконструкций и канатов. Отмечены хорошие демпфирующие свойства пневматического привода,за счет чего уровень динамической нагруженности крана с пневматическим приводом ниже, чем у крана с электрическим,

9. Установлена возможность торможения механизма подъема путем перевода пневматического двигателя в компрессорный режим. Применение пневматического привода в качестве тормозного устройства удовлетворяют требованиям безопасности при эксплуатации грузоподъемных машин как в обычных так и во взрывоопасных средах.

Определены параметры торможения пневматического привода в качестве тормозного устройства и его температурный режим, а так же рациональные конструктивные параметры,

10. На базе теоретических разработок созданы опытные образцы пневматических талей г,п.5 т и опытный образец мостового крана с пневматическим приводом г,п.5 т.

Экспериментальные исследования опытных образцов талей г.п.5 т и крана г.п.5 т подтвердили достаточную точность разработанной методики расчета нагрузок в элементах механизма подъема талей и крана и металлоконструкции крана в вертикальной плоскости при работе механизма подъема в пусковых режимах.

Экспериментальные исследования подтвердили теоретические выводы о возможности применения пневматического привода грузоподъемного механизма в качестве тормозного устройства и рекомендации по применению стояночного стопорного тормоза общепромышленного исполнения во взрывоопасных средах и другие рекомендации по проектированию подобных механизмов.

IX. С точки зрения оценки экономической эффективности применения взрывобезопасного грузоподъемного оборудования в особоопасньрс средах можно отметить следующее:

- применение мостовых взрывоопасных кранов с пневматическим приводом снижает регламентированные простои основного оборудования. Экономическая эффективность по мостовым кранам г.п.5.32 т составляет от 4,5 до 50 тыс.руб. на единицу;

- применение пневматических талей повышает производительность труда на вспомогательных операциях за счет замены талей с ручным приводом при работе во взрывоопасных средах на тали с механическим приводом. Экономическая эффективность по талям г.п,0,5.5 т составит от 0,6 до 1,0 тыс.руб. на единицу.

12. По заявке Миннефтехимпрома СССР и на основании результатов и рекомендаций, полученных в настоящей работе, разработаны технические задания на ряд мостовых кранов с пневмоприводом грузоподъемностью 5,,.32 т и на пневматические тали грузоподъемностью 0,5.5 т во взрывоопасном исполнении.

Принято решение и получено согласие заводов на освоение серийного производства мостовых кранов г.п.5 т на Бурейском механическом заводе и кранов г.п.10 т на Комсомольском-на-Амуре заводе ПТ0 в объеме до 60 штук в год.

В настоящее время идет освоение серийного производства пневматических талей всего ряда грузоподъемности в объеме 2000 штук в год на Алексинском механическом заводе.

Кроме того,в настоящее время по заявке предприятий Минсудпром СССР разработаны технические требования и развернуты работы по проектированию и освоению промышленного производства грузоподъемного оборудования с пневматическим приводом(талей и подвесных кранов) для оснащения ими плавучих буровых платформ. Гарантированная экономическая эффективность составляет 445 тыс.руб.

1. Правила устройства электроустановок, ПУЭ-76. Раздел УП, Электрооборудование специальных установок, * изд.-М,:Атом-издат, 1980.- 102 с.

2. ГОСТ 12Л.011-78, Смеси взрывоопасные. Классификация, Введен с I июля 1979.

3. Ракович И,И, Электрооборудование взрывоопасных производств.-М.: Энергия, 1972.- 376 с.

4. РТМ 24.090.04-73. Машины подъемно-транспортные для взрывоопасных помещений. Основные требования на проектирование. Введен с 13 апреля 1978.

5. Взрывозащищенное электрооборудование мостовых кранов ЗАШбОО.ЗЗЗ-ИЭ. Инструкция по эксплуатации. Изготовитель ВНИИВЭ -Донецк, 1976. 61 с.

6. Взрывобезопасный мостовой кран. Экспресс-информация /ВИНИТИ, 1972, № II, Подъемно**транспортное машиностроение, с.6-7.

7. Пневматические тали фирмы J. D. Neychaus . Экспресс-информация /ВИНИТИ,1974, № 7. Подъемно-транспортное машиностроение,с.18-19.

8. Пневматические тали фирмы Gardner' Denver Экспресс-информация /ВИНИТИ, 1974, № 42. Подъемно-транспортное машиностроение, с. 6-7.

9. Фаин А. Г. Пневматические тали фирмы Go л с!пег Denver Экспресс-информация /ВИНИТИ, 1966, № 16. Подъемно-транспортное машиностроение, с. 1-2.

10. Ю. Air and Electric Hoists /ГПНТБ СССР. ФК № 12822-75.24 с. - Материал фирмы Jrtdersolí-Rand Company , США.11, A ir Hoists ;for the Mining Jnс/иstrу /ГПНТБ CCCP.-ФК № 14973-70. 9 е.- Материал фирмы JDM , ФРГ.

11. Поднимать, тянуть, спускать /ГПНТБ СССР. ФК № 19719-74.18 с. - Материал фирмы JDN , ФРГ.13.bir-driven hoists give Q smooth easy Lift w/th dead accurate positioning

12. ГПНТБ СССР. ФК IP 12792-75. - 5 с. - Материал фирмы Mías Copeo1. Швеция.

13. Zieiinng Konrad. Dos Druck Lufthebezeuj-Jn: Zielinng /Conrad. Maschinen markt, 1968, V.29, NS7, s.1S66-Í66S.

14. Приказ Министра тяжелого и транспортного машиностроения СССР № 314 от 26.09.79. 0 ходе выполнения постановления ЦК КПСС и Совета Министров СССР № 527 от 27.07.73.

15. Расчеты крановых механизмов и их деталей. ВНИИПТМШ. М.: Машиностроение, 1971. - 495 с.

16. Грузоподъемные машины / М.П.Александров, П.Н.Колобов, Н.А.Лобов и др. М.: Высшая школа, 1973. - 472 с.

17. Гохберг М.М. Металлические конструкции подьемно*Угранспорт^ ных машин. Л.: Машиностроение, 1969. - 454 с.

18. Казак С.А. Динамика мостовых кранов. М.: Машиностроение, 1968. - 332 с,

19. Комаров М.С. Динамика грузоподъемных машин. М.: Машгиз, 1962, - 268 с.

20. Сравнение характеристик гидростатического и электрического приводов крановых механизмов /П.Б.Бодров, А.Г.Меклер, В.И.Мелик-Гайказов и др. Труды I ВНИИПТМАШ, 1969, вып.5(92), с.З - 49.

21. Мелик-Гайказов В.И., Ромашкин М.Б. Системы управления механизмами крана с гидростатическим приводом. Труды/ВНИИПТМАШ\ 1970, вып.7(102), с.З - 27.

22. Ромашкин М.Б. Выбор расчетной схемы гидропривода кранового механизма подъема. В кн.: Исследование крановых металлоконструкций. Пневмо,-гидро-и электрооборудование. Эргономика. М., 1980,с.107 125.

23. Мелик-Гайказов В,И., Ромашкин М.Б., Ивановский Н.Б, Гидропривод механизма подъема мостового крана грузоподъемностью 5 т,-177

24. Труды /ВНИИПТМАШ, 1979, вып.2, с.84 93.

25. Исследование возможности применения пневмопривода в качестве привода крановых механизмов мостового крана г.п.20 т: Отчет / ДВ филиал ВНШПТМАШ; Рук.работы В.Н.Амяга, НИ~27П,- Артем, 1972. - 139 е., ил.

26. Создание пневмоталей грузоподъемностью 0,5; I; 2; 3,2; 5т. Разработка технико-экономических требований: Отчет/ ДВ филиал ВНИИПТМАШ; 1>ук.работы Н.И.Шкурат. НИ-2726. - Артем, 1976. -174 е., ил,

27. Сырицин Т.А, Надежность гидро-и пневмопривода, М.: Машиностроение, 1981. - 216 с,

28. Правила изготовления взрывозащищенного и рудничного электрооборудования. М,: Энергия, 1969, - 223 с,

29. Гохберг М.М. О динамическиэсвоздействиях на металлические конструкции кранов, возникающих при их передвижении. Труды / ЛГШ, 1954, № 3, с.17 - 41.

30. Казак С.А. Усилия и нагрузки в действующих машинах. М.: Машгиз, 1960. - 168 с.

31. Лобов Н.А, Динамические нагрузки металлоконструкций мостового крана с гибким подвесом груза при пуске и торможении, -Известия ВУЗов, Машиностроение, 1978, № 8, с.105 III,

32. Динамические нагрузки мостовых однобалочных кранов при подъеме груза / Н.А.Лобов, А.В.Масягин, А,В,Пивко и др, Известия вузов. Машиностроение, 1983, № 2, с.48 - 52,

33. Грузоподъемные краны: В 2-Х кн.Кн.2. Сокр.пер.с нем./Пер. М.М.Б^нов, В.Н.Федосеев; Под ред.М.П.Александрова, М,Машиностроение, 1981, - 287 с,

34. Один И.М, Инженерные задачи расчета крановых металлоконструкций, М.: Машиностроение, 1972,- 119 с,

35. Спицына Д.Н,, Буланов В.Б., Абрамович И.И, К вопросу динамического расчета козловых кранов при работе механизма подъема.-Труды / ВНИИПТШШ, 1971, вып.Ш, с.60 82.

36. Cranz 0, Sek v/ing bei werfe von Кran s tah lkos in ukfion. -■Jn: Cranz 0. Fördern und Heben, V.NlO} S. 69-i- $95.

37. Dietrich M. Probleme dynamischer Belastungen von Turmdreh kranen. ~ Jn: Dietrich M. j-Jeb ezeu -je und Fördermittel., 19S2, у, 2 , N9,1. S. 218 282.

38. Neugebauer R, Dynamische Kraft eun Laufkranenbeim Anheben und Abbremsen den last-Stahl ban, 1957,v. 26, AIS, S, <t6-2-f.

39. Körber /Г, Dynamische Beanspruchung der ßrüchen krcrne beim Lastanheben,- Jn: Korb er K. Hebezeugeund Fördermittel, i965, V. 5, N^, S. 1H- HS,

40. Oziemsky S, Dynamische Belastungen van voll

41. Wand- Brückenkranen im Zeitpunkt des Lasfhebens.-Jn: Oziemsky S. Hebezeuge und Fördermittel, v.i, N2, S.

42. Ковальский Б,С, 0 динамической нагрузке подъемных канатов,-В кн.: Доклады АН СССР, 1954, т.96, № б, с.18 24,

43. Жермунский Б,И.„, Мановский И.С. Применение аналоговой и цифровой машин для исследования влияния характеристики электродвигателя и жесткости каната на переходные процессы электроталей.-Труды/ Воронежский политехн.ин-т, 1972, вып.З, с.115 120.

44. Вопросы теории и расчетов ПТМ.НПО Машпром. ЛОП, кн.43.-Л.: Машгиз, 1957. 180 с.

45. Кабаков А.М, Исследование динамических нагрузок механизма подъема электромагнитных кранов и некоторые пути их снижения: Автореф.Дис, ,,. канд.техн,наук. Л., 1980, « 18 с.

46. Жермунский Б,И. Тантлевский А.М., Эллис С.Б. Отимизация времени разгона привода механизма подъема с тиристорным управлением, Труды /Воронежский политехн.ин-т, 1972, вып.З, с.83 - 90.

47. Лобов H.A. Динамика подъема груза мостовыми кранами.-179

48. Труды/ МВТУ, 1982, №371, с.42 75.

49. Исследование гидросхем механизма подъема грузовой стрелы / Н.Н.Калабалык; В.И.Мелик-Гайказов, О.Н.Панчев и др. Труды/ ВНИИПТМАШ, 1970, вып.7(102), с.28 - 42.

50. Ромашкин М.Б. Исследование гидропривода механизма подъема при установившихся режимах.» Труды /ВНИИПТМАШ, 1967, вып.3(76), с.З 48.

51. Шкурат Н.И. Исследование перекосных нагрузок мостовых кранов с раздельным пневмоприводом механизма передвижения: Автореф. Дис. . кацц.техн.наук. М., 1981. - 14 с.

52. Войницкий В.Ю., Федотов Ю.Ф. Системы управления мостовым краном. В кн.: Пневматика и гидравлика. Приводы и системы управления. Вып.2. - М.: Машиностроение, 1975, с.96 - 105.

53. Александров М.П. Тормоза подъемно-транспортных машин.-Изд.3-е, доп.и перераб.- М«: Машиностроение, 1976. 383 с.

54. Логов И.Л. Пневматические насосы. М.: Машгиз, 1962.212 с.

55. Прицкер З.И. Двигатель-насосы.- Автомобильная промышленность, 1963, № 6, с.39 41.

56. Левин И.А.' Об использовании гидротрансформатора в качестве замедлителя автомобиля.- Автомобильная промышленность, 1963, № II, с.12 13.

57. Герц.Б«В. Пневматические приводы. М.: Машиностроение, 1968. - 360 с.

58. Герц Б.В., Крейнин Г.В. Расчет пневмоприводов. Справочное пособие.- М.: Машиностроение, 1975. 272 с.

59. Пневматические устройства и системы в машиностроении: Справочник / Е.В.Герц, А.И.Кудрявцев, О.В., Ложкин и др. Под общ.ред.Б.В.Герц М. '.Машиностроение, 1981.- 408 с.

60. Лобов Н.А. Расчет динамических нагрузок мостовых кранов при подъеме груза, Вестник машиностроения, 1977, № 5, с.37 - 41.-18059. Алексеев P.K, Моделирование динамических процессов крановых механизмов. Труды /ВНИИПТМАШ, 1970, вып.8(ЮЗ), с.52 - 116.

61. Герц Ё.В., Полякова H.A., Бозров В.М.Динамическая модель пластинчатого пневмомотора. В кн.¡Пневматика и гидравлика. Приводы и системы управления. Вып.7, - М.: Машиностроение, 1979, с.5 - II.

62. Зиневич В.Д., Ярмоленко Г.З.; Калита Ё.Г.Пневматические двигатели горных машин. М.: Недра, 1975. - 344 с.

63. Зиневич В.Д. Динамика пневматических многоцилиндровых двигателей горных машин. В кн.:Теория машин-автоматов и пневмогцдро-приводов. М.: Машиностроение, 1970, с.198 - 203.

64. Дегтярев В.И., Маяковский В.И., Борисенко К.С. Шахтные пневмомоторы. М.: Недра, 1979. - 190 с.

65. Зеленецкий С.Б., Рябков Е.Д., Микеров А.Г.Ротационные пневматические двигатели. Л.: Машиностроение, 1976. - 239 с.

66. Погорелов В.И. Газодинамические расчеты пневматических приводов. Л.: Машиностроение, 1971,- 184 с.

67. Холзунов А.Г. Основы расчета пневматических приводов. Л.: Машиностроение, 1964. - 268 с.

68. Попов Д.Н. Динамика и регулирование гидро-и пневмосистем,-М.:Машиностроение, 1977.- 424 с.

69. Pneumatic HandbookWh edit ion,-Trac/e one/ Technical Press Ltd,3 Morden, Surrey, England, 1971-56^p.

70. Борисенко К.С. Пневматические двигатели горных машин.-М.: Углетехиздат, 1958.- 204 с.

71. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача.-М.: Высшая школа, 1975. 496 с.

72. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. М.: Наука, 1969. - 736 с.

73. Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейддин А.Е.Техническая термодинамика.- Л.: Энергия, 1968. 411 с.-18173« Герц Е.В., Крейнин Г.В. Динамика пневматических приводов.

74. М.: Машиностроение, 1964, 256 с.

75. Зиневич В,Д. Динамика многоцилиндровых пневмодвигателей горных машин, В кн.: Механика машин, М,: Наука, 1969, вып.19-20,с,62 69,

76. Зиневич В.Д. Уравнения динамики и термодинамики поршневых пневмодвигателей, Известия вузов. Горный журнал, 1966, № 9,с. ЮЗ 109,

77. Зиневич В.Д. Экспериментальные значения коэффициентов расхода для поршневых пневмодвигателей ДР-ЮУ и ДР-16,- Известия вузов. Горный журнал, 1965, № 12, с, 24 28,

78. Зиневич В.Д. Регулирование скорости пневматических двигателей,- Известия вузов. Горный журнал, 1988, № 10, с. 78 84.

79. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. М.: Наука, 1975. - 638 с.

80. Герц Е.В., Вилков Б.П. Определение времени срабатывания дискретного двухстороннего пневматического привода.- В кн.: Механика машин. M«: Наука, 1974, вып.43, с. 153 170.

81. СССР. Министерство станкостроительной и инерументальной промышленности. Выбор, расчет и эксплуатация оборудования пневматических приводов и систем управления станков, прессов и других машин (отраслевой руководящий материал).- М.: НИИМАШ, 1969.- 94 с.

82. РГМ 24*090.30-77. Краны грузоподъемные мостовые. Нормы расчета и проектирования. Введен с 4 апреля 1977,

83. Алексеев Р,К. Взаимодействие трансмиссии и металлоконструкции мостового крана.- В кн.¡Сборник докладов по обмену опытом на

84. П науч.-технич.совещании по крановым металлоконструкциям.- М.: 1969, с. 131 137.

85. Dresig H. Massenkrcrfte in Kranen beim Anheben der Lost- Jn ; Dr est g H. Hebezeuge und Fördermittel, i961, v.l, N1, S. 1Ъ-16.

86. Lighttoot EM., CLarkson 3.L. Dynamic Stresses in Electric Overhead Travelling Crans due to Hoisting and L о wer in о of Loads. Jn : Light-foot £ M. Clar kson S, L. Proceedings at the Jnstitution of Mechanical Engineers ? S955, NiO, p. 25Ъ-25г,

87. К вопросу об определении динамического коэффициента при подъеме груза /И.Д.Маричев, А.Б.Парницкий, Н.Н.Салько и др.- Труды /Воронежский политехн.ин-т, 1972, вып.З., с. 91 98.

88. Бозров B.M. Динамика пластинчатого пневматического привода; Автореф.Дис. . канд.техн.наук.» М., 1981.- 21 с.

89. Чичинадзе A.B. Расчет и исследование внешнего трения при торможении.- М.:Наука. 1968.- 230 с.

90. Кран мостовой пневматический взрывобезопасный г.п.5 т,В-1, 4Т5: Комплект технической документации/ ДВ филиал ВНИИПТМАШ, рук. работы В.Н.Амяга KP 630.- Артем, 1980.- 258 с.

91. Универсальная система элементов промышленной пневмоавтоматики. УСЭППА. Отраслевой каталог на серийно выпускаемое и перспективное оборудование. Том 7. Вып.1.-М.: ЦНИИТЭИприборострое-ния, 1980, * 20.- 40 с.

92. Таль пневматическая специальная грузоподъемностью 5 т, B-I, ПСТ6: Комплект технической документации/ ДВ филиал ВНИИПТМАШ, рук.работы В.Н.Амяга KP 663.- Артем, 1982.- 116 с.

93. Немец И.В. Практическое применение тензорезисторов,- М,: Энергия, 1970.- 144 с.-184104. Методика испытаний подъемно-транспортных машин: Отчет/ ВНИИПТМАШ; 1^к.работы А.Ф.Меклер.- НИЛ-2869, Арх.№ 1846, 1963.-' 275 е., ил.

94. РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА МОСТОВЫХ КРАНОВ С ПНЕВМАТИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ Г.П.5.32 Т И ПНЕВМОТАЛЕЙ Г.П. 0,5.5 Т ВО ВЗРЬЮОБЕЗОПАСНОМ ИСПОЛНЕНИИ

95. РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА ОТ ВНЕДРЕНИЯ КРАНОВ МОСТОВЫХ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ВО ВЗРЫВОБЕЗОПАСНОМ ИСПОЛНЕНИИ

96. Экономический эффект от применения мостовых кранов с пневмоприводом получается за счет сокращения простоев технологического оборудования, и, следовательно, дополнительного выпуска основной продукции.

97. Величина народнохозяйственного экономического эффекта определяется по формуле /I/

98. Эи*.=Це(а-0-(&с> -Кн)+ 3, ;+ (¿нгде ¿/б- оптовая цена базового изделия;

99. ОС » коэффициент эквивалентности нового изделия базовому; д£ изменение себестоимости производства нового изделия-166по сравнению с базовым; аК удельные капитальные затраты, связанные с созданием и организацией производства нового изделия;

100. ИБ/Ии~ годовые эксплуатационные расходы потребителя по базовому и новому изделиям;нормативный коэффициент экономической эффективности у изготовителя и потребителя;

101. Р коэффициент отчисления на реновацию;