автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.05, диссертация на тему:Научные основы и обоснование выбора параметров канатов и органов навивки подъемных кранов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГОРНАЯ АКАДЕМИЯ УКРАИНЫ

. «

1 г. С5:1 СЛ

На правах рукописи

РОСЛИК Алексей Иванович

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ КАНАТОВ И ОРГАНОВ НАВИВКИ ПОДЪЕМНЫХ КРАНОВ

05.05.05 — «Подъемно-транспортные машины»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Днепропетровск — 1995

Диссертация является рукописью. Работа выполнена в Государственной металлургической :академии Украины

' ОФИЦИАЛЬНА ОППОНЕНТЫ: доктор технических наук, профессор КОЛОСОВ Леонид Викторович; доктор технических наук, прг^яг.гпрГОНЧАРгаКПНеонштКпндтан— . тиновна; . .

доктор технических наук ДВОРНИКОВ Владимир Иванович.

: ВЕДУЩЕЕ ПРЕДПРИЯТИЕ: . ' -

Научно-производственная'фирма "СТАЛЬКАНАГЫ" г.Одесса.

Защита состоится " Ц " 1995 г. в Час. .

на заседании специализированного совета ДОЗ.06.04 при Государственной горной академии.Украйни по адресу: 32002?, г. Днепропетровск, 27, пр. К.Маркса.19.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке; Государственной горной академии Украины. . .. >

Автореферат разослан ".

/ " сент&рШь г.

. Ученый секретарь специализированного совета докт. техн. наук

■ 'С

Г.А.Симднович

о с»

01-111ЛН ХАРАКТЕРИСТИКА ГАВОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Одной из первостепенных задач горнорудной и металлургической промышленности является модернизация существующие, разработка и внедрение новых подъемно-транспортных машин, как. основы для повышения производительности труда. Современные грузоподъемные машины, работающие с большими скоростями, превратились в один из основных видав оборудования, определяющего возможность дальнейшей интенсификации производства. Одним из основных звеньев подъемно-транспортных машин является стальной проволочный канат, Машй срок службы канатов тормозит дальнейшее Повышение, производительности подъемных установок и приводит к неоправданным затрата.) материальных средств. Годовой расход канатов составляет миллионы метров и с ростом погрузсчно-разгрузочных операций этот расход увеличивается. В настоящее время ьоп-росы концентрации напряжений в элементах каната, связанных с ка-. 'честном его свивки, изменением физико-механических свойств каната, кручением.его при взаимодействии с органами.навивки и накоплением этого явления при циклических подъемах, перегрузками канатов и устойчивостью полис-пастных систем против закручивания в достаточной степени не изучены. Исследования, направленные на определение рациональных параметров и конструкций канатов, Органов навивки, полис-пастных систем, с учетом влияния перечисленных малоизученных факторов будут способствовать увеличению работой-' пособнос-ти и безопасности подъемных кранов.

В последние годы развитие техники выдвигает проблему применения больших длин канатов, где кручение и структурная стойкость их принимает особую актуальность. Это, прежде всего, относится к канатным установкам со значительной высотой подъема, а также .к большегрузным установкам специального назначения,- например, при освоении морских глубин. В связи с этим грузоподъемные установки с большей высотой подъема имеют низкй'е эксплуатационные показатели п большущ аварийность. Следовательно, создание новых и модернизация существующих подъемно-транспортных мдаин является актуарной иргш^мой'. металлургической', горнорудной и других отраслей промышленности,- ■.-'.'-.- Пг'г^'шепие едфактивпогти и безопасности Э1хплуата-дв»- готчз&ш кгчнот; и споспп'^Пие региональных.' параметров капа-

тов и взшмодействуищк с яйми орг-ашзв лавивки,. .полиспастов, узлов и механизмов.

ИДЕЯ РАБОТЫ. Учесть.напряженно-деформированное состояние растяжения и кручения каната, обусловленное взаимодействием его с органами навивки и выбором рациональных параметров и конструкций канатов, блоков, барабанов и полиспастных систем при оценке влияния геометрии каната и органов навивки, углов девиации, циклических нагружений, а также конструктивных и эксплуатационных-

-факторов-;-—-:-

МЕТОДЫ ШЖЦОЬАНИЯ. Теоретические исследования основаны на применении: математического описания механики взаимоействиа канатов с органами' навивки; теоретических основ строительной механики каната; линейной теории изгиба цилиндрических оболочек. При проведении опытов-в лабораторных и реальных условиях использовали современные методы тензометрии и обработки экспериментальных данных, методы прямых измерений. НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ НОВИЗНА. НАУЧЙЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ. Канат рассматривается как агрегат, состоящий из элементов, которые характеризуются такими несовершенствами как отклонения длин прядей и проволок на шаге свивки, и который в процессе взаимодействия с органами навивки подвержен накоплению деформаций растяжения и кручения от малоизученных конструктивных и эксплуатационных факторов: геометрии каната и органов навивки, углов девиации, винтовой навивки, цикличности наг-ружения, статической определимости конструкций полиспастных систем, что по сравнению'с известными методами расчета гибких органов, требует выполнения уточненных расчетов, - позволяющих обеспечить эффективную и безопасную эксплуатацию подъемных кранов. Эти положения построены на: •

- зависимостях для определения напряженного состояния каната, отличающиеся учетом разности длин элементов;

-зависимостях для определения деформации кручения каната при взаимодействии с ..органами навивки и их рациональных naj «метров,-отличающиеся комплексным учетом геометрии контактирующих л'оиорх-ностей,. углов девиации, ■ винтовой навивки, циклического шсчужения, взаимного влияния ветвей полиспаста" к режиме "н >дъе-ма- списка" и устойчивости всей системы против закручиюшщ т счет ш-

бора рациональных параметров органов навивки, снижения и компенсации кручения каната;

- описании энерго-силового режима предварительной обтяжки каната цилиндрическими барабанами с применением обводных блоков. Это описание впервые выполнено с учетом различных скоростей вращения барабанов, физико-механических характеристик каната и разностороннего его изгиба на обводных блоках, обеспечивающих эффективность обтяжки при меньших усилиях и определение рациональных параметров вытяжных устройств барабанного типа;

- выборе вида сопряжения элементов в системе "барабан-канат-грейфер" и его описания как для механической системы с упругими и жесткими связями, который производится с учетом обеспечения статической определимости вертикальных нагрузок в канатах;

- параметрах составного барабана, состоящего из основной цилиндрической части и насаженных, на нее цилиндрических оболочек, выполненных из профилированного спецпроката, которые задаются функциями напряженно-деформированного состояния; определяемыми в соответствии с основными соотношениями линейной теории изгиба цилиндрических оболочек, для элементов, на Которые барабан мысленно расчленяется, при , этом выделяют нагрузки, приложенные к рассчитываемому элементу, а его граничные Условия назначают в соответствии с характером соединения рассчитываемого элемента с отброшенными.

НОВЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ. Методы расчета параметров канатов И органов навивки, основывающихся на полученных:

- зависимостях между различными длинами прядей и проволок в канате, нагрузками и. напряжениями в нем;

- зависимостях, определяемые' кручение каната и процесс накопления этой деформации в зависимости от геометрии каната и органов навивки, тгалиспастных систем, углов девиации, винтовой наливки, взаимного влияния ветвей и•циклических нагружений, а также рациональные параметры органов навивки, обеспечивающих снижение кручения и устойчивость пблиспастных систем лротив закручивания;

- зависимостях между геометрическими параметрами кинематически связанных цилиндрических- барабанов, ' обводных блоков. и'усилием

обтяжки каната. Разносторонний изгиб на обводных'блоках позволяет обтягивать канаты с усилием в (4-Ь) раз меньше их агрегатной прочности,, Ш; спита эффективности этого процесса;

- зависимостях между шфаметрами цилиндрических оболочек составного барабана, нагрузками и напряжениями в них при различных длинах.и схемах опирания внешних оболочек с учетом заданной точности сборки и характера приложения нагрузок.

Рациональный вид сопряжения канатов с грейфером в системе "ба-с -рабан-канат-грейфер" и вто-опис^щие-оеновываются-ца;-

- полученных, зависимостях из решения задачи.распределения нагрузки между канатами механизмов подъема и замыкания грейфера, обеспечивающих статическую определимость нагрузок введением в конструкцию дополнительной упруго-податливой связи между канатными системами и шарнирной связи блочной подвески полиспаста замыкания с основной траверсой грейфера.

НАУЧНАЯ НОЬИЗНА работы заключается:

- во впервые установленной функциональной зависимости между напряжением, усилиями и разностью длин ги..••ментов на шаге свивки каната;

- в научном обосновании теоретических положений по расчету деформации кручения каната, выбора рациональных параметров органов навивки, технологических и конструктивных требований, обеспечивающих снижение и компенсацию кручения каната в система полиспаста, а также устойчивость ее против закручивании (а.с. NN 15145?, 308969, 872443);

- в установленной закономерности изменения напряженно-д-формированного состояния нелинейно-упругого каната в процессе щчдна-рительной его обтяжки на цилиндрических барабанах с оги''.-|.?'м;л,г,1 блоками и перехода этого процесса на установившийся ре.'им (а. с. NN 582164, 95451«);

- в получении функциональных зависимостей парамитроь иягруле-ния канатов, механизмов подъема и передвижения крана,' шлмтк'чи-вающих разработку. новой конструкции грейфера, включа.юш/'й допои нительные упруго-податливые связи, снижение и статическую оп|л-делимость нагрузок в канатах (а. с. N 591Г68);

. - во впервые установленной для составных оараоаног; ¡чат'.им'-ти между напряжениями, нагрузками, геометрическими •«.'^««»'•трчми ци-

линдричесютх составных. оболочек и характером их сопряжения (а.с. NN 387249, 759451). .

ОБОСНОВАННОСТЬ И ДОСТОВЕРНОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ, ВЫВОДОВ И РЕКОМЕНДАЦИЙ, обусловлена корректностью постановки и решения задач,. базирующихся на: фундаментальных положениях строительной механики стальных канатов; линейной.теории изгиба цилиндрических оболочек: применении метода математической теории планирования экспериментов и обработки результатов опытов; удовлетворительной сходимости результатов-теоретических исследований с данными экспериментов (расхождение не более 10 % при надежности 0,95); положительных результатах промышленного использования разработанных рекомендаций и технических решений.

ЗНАЧЕНИЕ РАБОТУ; Научнее значение заключается в разработке теоретических основ' определения деформации растяжения и кручения каната в условиях взаимодействия его с органами навивки и механизмами, подъемных кранов, в которых обобщены .теоретические , и экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния каната и. органов'навивки, .'при'различных-жесткостных характеристиках всей системы и режимах работы механизмов, в выявлении закономерности снижения кручрния каната в результате предварительной его обтяжки и раз'работкё нового критерия устойчивости полиспастных систем против закручивания'.

Практическое значение состоит: в разработке научно-обоснованных принципов создания полиспастных систем и . определении их' 'конструктивных параметров, 'оценке' эффективности их работы, а .также обосновании выбора рациональных значений параметров канатов, блоков,. барабанов, узлов й механизмов и,, как следствие, существенном уменьшении кручения каната;1 получении технических рекомендаций по совершенствованию! конструкций полиспастных систем, позволяющих' обеспечить уменьшение и статическую определимость нагрузок в .канатах. Результаты, работы могут быть использованы научнЬ-исследовательскими и проектными организациями при создании новых и", модернизаций сущёсгвуюдах подъемных кранов. .

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Результаты' работы использованы.-; ВНИИПТМАШ' при разработкеотраслевого руководящего материала РТМ'24.0ЭД.БУ~80.- "Канаты подъемные" (утгерждены м введены в■ действие.- рнслрряжеимем тяжелого и . транспортного, ма-

е

ииностроения СССР от 14.05.80 N ВК-002/5741); РТМ 24.090.64-81. "Блоки канатные" (утверждены и введены в действие распоряжением Министерства тяжелого и 'транспортного 'машиностроения СССР от 29.12.81 N АЭ-002/15672); методы расчета И обоснования выбора' рациональных параметров органов навивки, снижения и компенсации кручения каната и всей системы передан^ и используются предприятиями п/я А-1277, Л-7449 при разработке и-модернизации специальных высокоподъемных кранов; новая конструкция канатного грейфера' внедрена на магнитно-грейферных кранах типа МГ5/5 и Ш'10/10 Днепропетровского объединения "Вторчермет". Техническая документация новой конструкции канатного грейфера передана для внедрения следующим организациям: "ВНИПЮЮМ" г. Липецк, "Востокмашза-вод" г. Усть-Каменогорск, металлургические комбинаты - гг. Магнитогорск, Караганда, Новотроицк, "ГИИРОМЕЗ" г. Москва, "УКРГИП-РОМЕЗ" г. Днепропетровск; опытно-промышленные образцы новых конструкций канатных барабадов (Д-400 мм) с внешними оболочками из спецпроката изготовленц и внедрены на электромостовых крапах грузоподъемность^ Б т следующих предприятий: "Александрийский вавод НТО", "Главлипецкстрой" - г. Липецк,' "Белгородавтодорога"-г. Белгород, "Крымводстрой" -г. Симферополь, завод "ЖВЙиК" -г. Таллин. ■ '.•':';

Фактический экономический эффект от-внедрения разработок составил 760 тыс. руб. (в ценах 1975 г.). Ожидаемый экономический эффект от использования комплекса разработок'только по металлургической промышленности составит свыше 10 млн.' руб. в год (в ценах 1975 г.).

РЕАЛИЗАЦИЯ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ. .Ряд положений диссертационной работы: кручение канатов и устойчивость лолиспастных систем, канатные грейферы используются в лекциях читаемых курсов и выполнении курсовых и дипломных проектов по,подъемно-транспортным машинам на кафедрах прикладной механию) ГМетАУ и подъемно-транспортных машин ОПИ. . \ '

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Материалы диссертации доложены и обсуждены на: Всесоюзном семинаре по проблема),) прочности, надежности и долговечности стальных канатов, г. Одесса, .1965-1989 гг.; Всесоюзном научно-техническом 'совещании НТО Машпром и ВНМИПТМаш "Повышение надежности /подъемно-транспортных машин", г. Москва,

1969 г.; республиканской Научно- технической конференций "Повышение надежности и долговечности металлургического оборудования", г. Днепропетровск,'1972 . г.; Всесоюзном научно-техническом совещаний НТО Машром "Новые методы проектирования) расчета, испытаний и эксплуатации подъёмно-транспортных машин и контейнеров", .г. Ленинград,.1974 г.;. Всесоюзном научно-техническом семинаре "Прочность и долговечность стальных канатов", г. Ильичёвск, 1976 г.; Юбилейной V республиканской научно-технической конференции "Повышение надежности и долговечности металлургического оборудования", г... Днепропетровск, .1977, г.; Всесоюзной научно-технической конференции "Вопросы повышения эффективности экс-, .плуатации и совершенствования конструкций подъемно- транспортной техники", г. Алма-Ата, 1978 г.; научно-технической конференции 'по проблемам прочности й-долговечности стальных канатов, г.Ильичёвск, -1979 г.; Всесоюзном научно-техническом совещании "Перспективы развития подъемно-транспортной техники", г. Севастополь, 1979 г.; Всесоюзной Юбилейной научно-технической конференции "Проблемы повышения методов эксплуатации подъемно-транспортной техники"., посвященной 150-летио МВТУ. им. Н.Э.Баумана, г. Москва, 1981 г.; объединенном научном семинаре кафедр прикладной, теоретической и строительной механики Днепропетровского металлургического института,. г. Днепропетровск, 1979, 1982; 1994 гг,; научном семинаре отдела механики -подъема Института,. Геотехнической механики.НА11 Украины, Г; Днепропетровск, 1994 г.; объединенном' научном семинаре . • Государственной горной академии Украины, г., Днепропетровск, 1995 г..

ПУБЛИКАЦИЯ. Основное содержание работы опубликовано в 38 печатных трудах в том числе 9 авторских свидетельств на изобретения.

ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав; заключения и приложения;, содержит 2ё0 страниц машинописного текста, - 82 таблицы. 100' рисунков и библиографический список из :163 наименований. Приложение содержит 27 страниц.

' ' . СОДЕРЖАНИЕ; РАЕОТЫ - ' ,:'..'■'

В первом разделе дается обоснование актуальности темы, форму-1 ■ диру-'-тся цель раооты-. .. .'..".. ' • •'•'■■•■.• .'-._.-. . '.Рр В!гором. рггёделё' "Состояние вопроса и.общая"постановка задачи

как комплексного исследования" излагается общая характеристика и недостатки работы канатов, взаимодействующих с органами навивки, статистический анализ .и выбор оптимальной конструкции крановых канатов, описаны основные узлы и .механизмы подъемных кранов.' Рассмотрены, конструктивные особенности ■ грейферных • механизмов.и недостатки канатных грейферов и барабанов. Сделан обзор и критический анализ работ, посвященных исследованию.напряженного состояния и расчету канатов'и взаимодействующих с- ними узлов и ме-с. ханизмст подъемных кранов. . ^ -

Вопросам расчета и конструирования современных грузоподъемных машин посвящены работы Л.Г.Кифера, И.Абрамовича, М.П,Александрова, Н.'Ф.Рудеикр, А.И.Дукелъского, Б.С. Ковальского, А.А.Вайнсо-на, М.С.Комарова, Ф.К.Иванченко, А.П.Нестерова, . Б.А.Таубера, С.А.Козака, - М.Ф.Глушко,, вЖСеменрей, И.И.Ивашкова, В.И.Белоброва и др.. Изучению напряженного состояния стальных канатов и выбору iix рациональных конструктивных параметров посвящены работы А.Н.Динника, Г.Н.Савина, М.М.Федорова, П.П.Нестерова, Н.П.Неро-нова, В.И.Дворникова, Ф.В.Флоренского, А.И.Колчина, "М.Ф.Глушко, Н.К.Гончаренко, 0.А.Горошко/ Л.В.'Колосова, В.Т.Козлова, Н.М.Белой, С.Ф.'Чукмаеова,,В.Д.Белого, С.Т.Сергеева и др..'

На основании анализа работ по определению и снижению напряженного состояния канатов при взаимодействии их с органами навивки и механизмами подъемных кранов, а также в связи с. поставленной целью сформулированы и решены задачи:

• 1. Установление основных технологических дефектов свивки крановых .канатов и определение напряженного состояния их элементов.

2. Создание научных основ определения кручения канатов, полис-пастных подвесок и разработка методов и средств снижения кручения ■под действием■органов навивки. ,

3. Установление 'зависимости между физикр-механичес'кими. характеристиками каната, геометрическими и кинематическими параметрами цилиндрических, барабанов с рбводными блоками и усилием обтяжки канатов. . ■■'"" '"'.:■■':-.; ' •

' 4. Разработка и выбор вида сопряжений"элементов ъ системе "барабан-канат-грейфер",' обеспечивающие статическую определимость вертикальных нагрузок в канатах. . ■:•"•';-' : .

Б. Создание, научных основ расчета и обоснования рациональных

п

.параметров канатных барабанов с составными цилиндрическими оболочками.

Третий раздел, посвящен установлению основных технологических деффектов крановых канатов и определению напряженного состояния их элементов.

Одним из основных недостатков стальных канатов является различная длина отдельных проволок в прядях и самих прядей в канате, что подтверждается неравномерным износом элементов, нарушением структуры, данными разрывного усилия каната в целом и связано, в основном, с технологическими несовершенства»«! изготовления. Экспериментальными исследованиями установлена необходимость оценки технологических дефектов и актуальность дальнейшего совершенствования технологии канатного производства. При нагруже-нии такого каната происходит-несимметричное растяжение элементов. Различные по величине силы в элементах P¿ создают относительно центра поперечного сечения каната систему векторов изгибающих моментов с главным вектором не равным нулю:

где т - число элементов в канате; P¿ - средний радиус i -го эле-■ мента.

Канат под действием избыточного момента М испытывает винтовой изгиб й приобретает винтовую форму штопора. Дополнительные усилия элементов вследствие изгиба каната в штопоре равны:

EF 2 3 ¥ г,"

Ai —7ir COSci'5l-ntPi ¿ &P¿ sina>¿ , (г.)

"o L=f

где Q - параметр,.который зависит от концевой нагрузки и жест-костных характеристик каната; ЕF жесткость элемента при растяжении; (А - угол сливки элемента: tp- - угол, Фиксирующий положение элемента в канате.

Усилия в элементах от внешней асимметрии д,P¿ определяются неравномерностью длин элементов, изменением геометрических параметров свивки, а также реологическими свойствами, когда канат предварительно обтянут пли необтянут (новый) и равны

для обтянутого каната

-Г(£F)K~ Г-cío'се

1 LKrn-cosa. L 7

для нового каната

где абсолютное отклонение длины элемента от среднего зна-

чения на длине каната - ¿.к; 7* - . усилие в канате.

Полное усилие, приходящееся на элемент каната

—-,- (5)—1!

где Рв аТ/т - среднее усилие в элементе каната.

Максимальный коэффициент неравномерности нагрузки определится как отношение максимального усилия к среднему, т.е. К—Ртсас1Р0 С учетом технологических несовершенств свивки, аналогично определяются и максимальные напряжения в канатах.

Для нахождения максимального значения /V нами были определены разности длин элементов на образцах крановых канатов различных типов. Экспериментальные исследования несимметричного растяжения были проведены с канатами, имеющими.наибольший технологический дефект. Сравнительный анализ результатов расчета и данных опыта показали, что максимальный коэффициент может быть принят в пределах К = 1,3-1,4.

Исследование прочности и стойкости канатов с учетом качества свивки производили в лабораторных и промышленных условиях металлургических заводов им.Карла Лкбкнехта и Вторчермет (г. Днепропетровск) . Результаты опытов показали эффективность предварительной силовой калибровки канатов. Так, например, у калиброванных канатов исключается явление вспучивания или обрыва прядей и повышается их технический ресурс.

Четвертый раздел посвящен исследованию кручения подъемных канатов, полиспастных подвесок и разработке методов и средств снижения кручения под действием органов навивки.

Взаимодействие каната с органами навивки в связи с винтовым движением, углами девиации и явлением изгиба! сопровождается его кручением. Механизм формирования и кручения каната при набегании на блоки и барабаны до сих пор не Лыл предметом детального теоретического и экспериментального исследования. Не учитывались

влияние винтовой поверхности каната, радиальная поверхность ручья органов навивки, не рассматривалось кручение каната в многоблочных полиспастных системах при изменяющихся с высотой подъема углах девиации, не исследовалось кручение в ветвях полис-пастной системы при циклических подъемах. При решении поставленной задачи принимались следующие допущения: канат состоит из винтовых элементов, поперечное сечение каната сохраняет круглую форму при изгибе, канат в агрегате представляется абсолютно гибким.

В работе исследовано кручение каната от воздействия различных факторов: винтовой навивки на барабане - , винтовой навивки в полиспасте - , углов девиации - Тл , радиальной поверхности ручья - Тр , контактных нагрузок - <СК . В данном случае кручение 9! рассматривается как угол поворота, отнесенный к единице длины каната.

Общее кручение от одновременного воздействия всех факторов составит:

в условиях барабанной навивки

в условиях набегания-на блок

£ - + $ * ^ . (7)

где знак + зависит от направления угла девиации набегающей ветви и направления свивки каната (правая или левая);

г- 2t • г- (гр~гЛ^1 . АМК-СТК , г fr- tn . ЯЦ" LP ГР'ГХ ' '£* AB С2 ' in~2(l-S)2 '

IjT—(---> - -—--Cosa, ,

л 2гк 1 sind, mRcosot; ■

t. Л, - шаг винтовой канавки и диаметр барабана; ГАг Гр - радиус каната и ручья; Л общий угол девиации набегающей ветви;

А, В, С - обобщенные коэффициенты жесткости каната; кру-

тящий момент и продольная сила-(внутренние контактные нагрузки каната); flK,rn - шаг свиеки и количество элементов наружного слоя каната: R, 2с(, - радиус и угол раствора ручья блока; tn - расстояние между блоками в полиспасте: I - полная длина.ветви ка-

пата; 5 - длина изогнутого каната на блоке или барабань.

Из условия неразрывности кручения каната угол поворота на блоке или барабане при нулевых начальных условиях {$>=0, Ио=0 ) равен

г-а-у.?-^^, (8)

где £ •• общее кручение на блоке или барабане.

Для проверки полученных зависимостей, а также для обоснован ния приемлемости принятых допущений определялось кручение каната: непосредственным ¡замером, а также методом электротензометрироьа-ния. Планированием эксперимента предусматривалось последов: иель-ное варьирование каждым Параметром при стабилизировании остальных. Опыты проводились в лаборатории на специальной подъемной установке и в промышленных условиях на кранах грузоподъемностью 3-10 т. Сравнительный анализ результатов опыта с расчетными данными по формулам (.0-8) показывает, что погрешность расчета определяется точностью принятого коэффициента трения между элементами в канате. Согласно опытам, его величина колеблется в пределах J = 0,!6~0> 17 , а погрешность результатов расчета не превышает 10 7». Пии больших углах девиации (Л — 6°) наблюдается значительное расхождение результатов. Это объясняется наличием проскальзывания набегающей ветви каната по реОордлой поверхности ручья блока и для больших углов девиации, согласно опытным данным, следует вести расчет с учетом поправочных коэффициентов:

Наряду с определением кручения каната ¿ажио при конструировании принимать геометрические параметры блоков и барабанов, обеспечивающих минимальное кручение и износ контактирующих поверхностей. Из этого условия получены зависимости, определяющие :кЧ раметры винтовой наьивки и диаметр оарабана, иарам'-три олока с учетом конструкции каната и действительных углов девигшии. На основании расчета для мостовых кранов принимаемый по норм-м шаг винтовой канавки барабана при повышенных углах девшидои сл"дуст увеличить на (1-2) мм, а угол раствора ручья блоков должен составить 2а, = 55 - 60°. Такое изменение параметров улеличиг;и . стойкость канатов и взаимодействующих с ним органон |ц-...,иьки.

В полиспастннх системах при циклических подъемах грукн проиг-

холит накопление кручения каната. Причем, деформация кручения первой ветви переходит во вторую ветвь, второй - в третью и для ^-ой ветви при п -ом цикле составляет:

»IV I .с 1

1-5 ' /-5 '

(10)

где.Тн ~ £с ( £н - в зоне набегания, Тс - сбегания).

Опыт эксплуатации показывает, что закручивание всей системы и нарушение структуры каната наблюдается при первых циклах подъема. Это объясняется тем, что4для нового каната велико, но с

(Г

увеличением циклов нагружения канат обтягивается и л ¿^асимптотически приближается к минимальному постоянному значению 0,5. Поэтому предварительной обтяжкой новых канатов можно свести к минимуму накопление кручения канатов и увеличить их структурную стойкость. На основании опыта получена эмпирическая формула для определения накопления кручения новых канатов

а?2; = (а?0 + 27е)• /О* \рад/см\ . Ц1)

При циклических нагружениях накопление деформации кручения каната ограничивается весом'подвески и равно

' , (12)

(В-С*/А) г

где ¿7 - грузоподъемность крана. Тогда момент закручивания' составит:

в канате

в полиспасте

м^(в-~}-&тах ; (13)

Мп = мк • г = о.озг« • <? .. (14.)

Анализ формул (12-14) показывает, что уменьшение момента Мп может быть достигнуто уменьшением диаметра каната и увеличением кратности полиспаста. Для высокоподъемных кранов, как правило, момент Мп реализуется закручиванием всей полиспастной системы, что резко снижает производительность и безопасность эксплуатации крана. Нормальная работа подъемного крана обеспечивается, если момент Мп кениа* р«;«ктш „от момента полиспастной системы. Из

этого условия получено уравнение устойчивости для многЬблочных полиспастных систем

Мп I ■ п ^

--п.-Т 1 (15)

где п - число пар блоков; рп - расстояние ветви каната от центра вращения подвески. Соблюдение неравенства (15) можно' достичь комплексным варьированием параметров полиспастной системы и уп-о ругими характеристиками каната. Так, например, задача уменьшения момента Мк и Мп решается путем выбора каната с минимальным упругим коэффициентом С , предварительной обтяжки и эксплуатационной раскрутки каната.

Особая актуальность в определении кручения каната и обеспечении устойчивости всей системы возникает при создании специальных высокоподъемных установок с применением больших длин канатов и двухбарабанных фрикционных лебедок. Работа канатов в этих условиях сопровождается вредным влиянием кручения каната и закручиванием всей полиспастной.системы. На кручение каната оказывают влияние различные факторы и в системе лебедки для уравновешенных канатов равно

где знак ± соответствует случаям спуска и подъема груза; ± кручение от упругого скольжения каната (± зависит от направления свивки);- ^^.г - винтовое кручение в лебедке; t - шаг винтовой навивки.

Рассматривая всю лебедку как один сосредоточенный очаг кручения, общий угол закручивания каната на "П " наклонной ветви будет равен:

+ . (17)

Таким образом, по мере прохождения каната через лебедку кручение его накапливается. С применением одного направления винтового движения каната общее кручение его неизбежно возрастает пропорционально увеличению числа витков каната на лебедке (17). Результаты расчета и промышленные испытания'показали, что полученные зависимости с достаточной степенью точности описывают явление кручения каната в условиях .работы полиспастных систем и фрикционных лебедок, 0 целью компенсации вредного кручения кана-

та и исключения возможного закручивания всей полиспастной системы необходимо конструкцией предусматривать правое и левое винтовое движение каната. Этому условию должно удовлетворять равенство деформации кручения от правого и левого винтового движения каната в системе лебедки. Преимущество новой схемы запасовки очевидно еш,е и в том, что с уменьшением деформации кручения каната в 2 раза соответственно увеличивается его структурная стойкость .

Накопление кручения каната и устойчивость всей системы во многом определяется конструкцией полиспастной системы. Так, например, для сдвоенных полиспастных. систем с уравнительными устройствами возможна навеска двух канатов с правой и левой винтовой свивкой и с соответствующей схемой запасовки их в полиспасте. В этом случае крутящие моменты в ветвях полиспаста, появляющиеся в процессе подъема-спуска, взаимно уравновешиваются и общий момент закручивания блочной подвески сводится к минимуму, что очень важно при освоении больиих высот или морских глубин.

В пятом разделе выполнено исследование эффективности предварительной обтяжки канатов на цилиндрических барабанах. Результаты исследований показали, что вредное влияние кручения и технологических .дефектов изготовления на стойкость канатов могут быть значительно снижены их предварительной обтяжкой. Согласно существующим требованиям усилие вытяжки Тв определяется из условия двукратного запаса прочности обтягиваемого каната. Известные методы обтяжки шкивами трения и конструкции машин не обеспечивают таких усилий вытяжки из-за большой пробуксовки, потери круглой формы поперечного сечения каната, большой погрешности методики расчета усилия вытяжки. В связи с этим задачей настоящих исследований является определение усилия предварительной обтяжки каната и обоснование кинематических и геометрических параметров вытяжных устройств с применением цилиндрических барабанов.

В разработанном нами вытяжном устройстве (рис.1) повышение эффективности обтяжки каната J достигается применением спаренных цилиндрических барабанов 2 с. кольцевыми канавками и обводных блоков о. В данном случае процесс обтяжки возможен, если одна пара барабанов работает в двигательном режиме, а вторая - в тормозном. эта задача решается определенным выбором числа зубьев

Рис.1. Устройство натяжения канатов при свивке

колес, скрепленных с барабанами и общим приводом их от одной приводной шестерни 4. Количественная оценка накопления деформации в процессе работы каната на фрикционных барабанах показывает, что при большой длине каната относительная деформация стремится к постоянной величине, ^тлм самым доказывается возможность обтяжки канатов цилиндрическими барабанами. Эффективность обтяжки значительно повышается при использовании краевого эффекта разностороннего изгиба каната на обводных блоках. В силу винтовой свивки элементов каната расстояние между обводными блоками принято кратным нечетному числу полушагов свивки. Тогда элемент каната, находящийся в зоне растяжения на первом блоке, будет одновременно находиться в зоне растяжения на втором блоке и подвергнут дополнительному нагружению. При движении каната все элементы будут испытывать такое циклическое нагружение. Дополнительное усилие от разностороннего изгиба каната равно

2г

(ЕП,

(18)

нечетное число

где [ЕР)К- жесткость каната при растяжении; п, полушагов свивки; Г - средний радиус слоя элементов. Полное усилие вытяжки канатов с обводными блоками составит:

П

т

'в

л Ти

(И!)

Результаты расчета показали, что эффективность обтяжки канатов с обводными блоками обеспечивается при меньших усилиях вытяжки (примерно в 2 раза). Для определения полной картины обтяжки необходимо установить

Т(х.п - а(Щ V- б

закон изменения усилия обтяжки в зависимости от интегральных физико-механических характеристик каната, а также конструктивных параметров органов навивки. Процесс, обтяжки сопровождается упру-гопластическими деформациями растяжения, которые, на основании опытных диаграмм растяжения, можно аппроксимировать кривой второго порядка „

•аи\

V- о —— >

(20)

где Ц{-XЛ)- абсолютное удлинение каната, по отношению к неде-формированному состоянию; а, б - опытные коэффициенты. Нелинейная зависимость между деформацией каната и усилием явно проявляется при первом нагружении, которым по сути является предварительная обтяжка. Условие равновесия каната на поверхности ведомого барабана запишем в виде уравнения Эйлера

дТ(*Л) _^ Т(хЛ) 0

бх J У?, ' (21)

Задача напряженно-деформированного состояния нелинейно-упругого каната при перемотке его на двух цилиндрических барабанах, вращающихся с различными скоростями (иявляется краевой задачей с переменными границами и сводится к решению дифференциального уравнения (21) при 4-х граничных условиях; в начале дуги скольжения л I

а

ди(1-л1Л)

-,2

ОХ

-дЬ[1-л1Л} -г . —'

ди(1 -л1Л) _ 0 дt

в конце дуги скольжения

а

диИХ)

_ Зсс

дг

= и]2 (Л; + гл)- Ю, (Я, + гк) .

Анализ полученного закона изменения усилия обтяжки в переходном режиме показывает, что это усилие довольно быстро стремится к установившем1/о? максимальному пределу ТНу и является главным, так как оотллке подвергаются канаты большой длим

с

Т„ - начальное натяжение каната; \

где /а - начальное натяжение каната;

«Л ' \ -

Из формулы (22), принимая а = 0, можно получить усилие;вытяжки для линейно упругого каната. \

Полученная зависимость соответствует случаю навивки каната на -одив-барабан,—В-случае-навивки-каната-на-спаренные-барабаны-установившееся усилие вытяжки получим в виде

Тну

1п

Т =Т

'У 'У1

Т

'о

1п

Ту, (23)

То

%ГТа + (ТнГТ0)

где '<// о V ни

1+1*1 ЯК,

1$ - расстояние между барабанами.

Зная перепад натяжения (Ту—7^), несложно определить необходимое' число витков каната, обеспечивающих требуемое усилие обтяжки. При необходимости получения меньшего усилия можно, например, уменьшить количество витков каната на ведомых барабанах. Более "тонкое" регулирование установившегося усилия обтяжки достигается изменением начального натяжения Т0 .

Исследованиями показано: усилие обтяжки устанавливается за 3-6 оборотов барабанов и эффективно регулируется начальным натяжением при 4-5 витках трения, снижением усилия обтяжки на барабанах с кольцами можно пренебречь, расхождение теоретических результатов с опытными данными не превышает 10 %. Причины расхождения результатов объясняются реологическими свойствами канатов и точ-

о

ностью аппроксимации диаграмм их растяжения. Таким образом, полученные теоретические зависимости позволяют производить с достаточной точностью расчет энерго-силового режима обтяжки и рациональных параметров вытяжных установок барабанного типа.

Шестой раздел посвящен определению неравномерности нагружения

/

канатов грейферных механизмов с учетом форсированной работы приводов с независимым управлением, статической определимости конструкции прицепных устройств и.их маятниковых смещений, углов девиации и изысканию способов устранения перегрузки канатов. Объектом исследований из прицепных устройств нами выбраны многочелюстные грейферы, определяющие технический ресурс канатов в наиболее тяжелом режиме работы.

Ограничивая задачу только определением усилий в.канатах замыкания и подъема грейфера, можно отвлечься от большей части конструктивных особенностей каждого конкретного грейфера, заменив его 'воздействие на канатные системы соответствующим эквивалентным грузом. Процесс подъема одновременно двумя двигателями при обычных допущениях относительно намотки каната на барабан исследовали с помощью эквивалентной расчетной схемы двухканатного грейфера с упругой связью. Для определения коэффициентов неравномерности нагрузки между канатами К, и К2 составлена система нелинейных интегро-дифференциадьных уравнений движения груза и приводов механизмов замыкания и подъема грейфера, а также уравнение перемещений (условие совместности деформаций) элементов системы, решение которой выполнено методом моделирования при помощи ЭВМ. Исследован такой неустановившийся режим подъема грейфера, когда основной э$ап разгона двигателей закончен, но усилия в канатах неодинаковы. При этом принято: связь между канатными системами жесткая, что соответствует грейферам обычной конструкции. Начальные условия соответствовали весьма неблагоприятному и, вместе с тем, вполне реальному случаю, когда после захвата груза и разгона вся нагрузка приходится на механизм замыкания грейфера. Предполагалось, что провисание подъемного каната отсутствует. Исследовано влияние различных параметров на основную характеристику рассматриваемого неустановившегося процесса - относительное время выравнивания усилий в канатах /}, выраженное в долях полной высоты подъема. Анализ решения показывает, что наибольшее Влияние на параметр Ь оказывают фор>ма и жесткость меха, нической характеристики двигателей и коэффициент загрузки двигателя Л • В качестве базового примера построен график зависимости Л = /(Л) для существующего грейферного крана МГ 5/5 (рис.2). Результаты исследования показывают, что при существующей конст-

руклии грейферов равномерное распределение нагрузки между канатами может быть обеспечено только выравниванием усилий в канатах в начальный момент времени - например, непродолжительной одновременной работой дви- * гателей на искусственных характеристиках с малой жесткостью и последующим синхронным разгоном. Так как при этом возможно снижение. производительности крана, то целесообразнее предусматривать упруго-податливую связь, обеспечивающую эффективное выравнивание усилий в канатах.

0,25

0,5И

Рис.2.

График загрузки двигателей (канатов)

При работе грейферных кранов с канатными системами наблюдается поперечное (маятниковое) смещение грейфера. Раскачивание грейфера при наличии жесткой связи в самой конструкции приводит к неравномерному распределению нагрузки между канатными системами и появлению дополнительной восстанавливающей силы, с учетом которой уравнение поперечного движения груза имеет вид

(Г7?0 + Г77,)1 ' (24)

dV

где

+ J3*yj=

Т*—

I

т,

9

угол отклонения каната от вертикали; ГП^т, приведенная масса крана или тележки и механизмов передвижения; /77о - масса грейфера с грузом; 26 ~ расстояние между барабанами;P(t)~ усилие разгона или торможения тележки или крана.

Из уравнения (24) при начальных условиях t= 0\l//=0 и в. первом приближении, приняв P(t)= const., получим максимальный угол отклонения каната от вертикали и виде

%

2 Р

(2Ь)

/77

q+2-

l££k£L

m2 I2

(m0 +m, + m2)

С другой схорони, из условия совместности деформаций поперечного отклонения и растяжения каната получим угол отклонения канатов с грузом

где Т0 - начальное натяжение каната при у/-0\ Л^/--коэффициент неравномерности нагрузки в канате от угла у/ , Полученная зависимость (26) комлексно учитывает упругие характеристики каната и конструктивные параметры крана. Результаты расчета по феям,г/лам (25) к (26) показывают, что при существующей конструкции грейфера и различных режимах работы коэффициент перегрузки в канатах составляет 1,5 - 1,9. Значительная перегрузка канатов обгноляет-ся форсированной работой механизмов горизонтального перемещения и наличием статической неопределимости конструкций грейферов.

Процесс зачерпывания челюстями неоднородного кускового материала приводит в полиспасте замыкания к перекосу нижней траверсы с блоками и появлению осевой силы, прижимающей блоки друг к другу. Наличие сил трения между блоками приводит к перераспределению нагрузки между ветвями каната замыкания грейфера и соответственно к перегрузке одной ветви каната.

Из .условия равенства" нулю всех вращающихся моментов от внешних и внутренних сил относительно осп блочной подвески получены аналитические зависимости, определяющие перегрузку в канатах. Результаты расчета для 4-х блочной подвески существующих конструкций грейферов показали, что зти перегрузки составляют 20-25 % гт номинальной нагруики. Такой иор( пад иатлжешш в хк-тнях канала может- визрать пробуксовку каната по блокам. Следствием таких ус -ловий работы является интоисигный износ и даже обрив каната.

В результате проведенных исследований разработана методик;, расчета грузки канатов грейферных мгг-ишизмов с неэависг -й.-м управлением приводов и рациональные способы устрашения их ру;жи. Так, например, разработана самоцентрирующаяся обойма блоков, поэтяягиая компоисиротш. перекосы блочной подвески и угли девиаши нгтп от егшш-ния блоков и тем самым обе^л^чить

р.чьномгрио?' ньтадение ветвей каната механизма всолшшия. Установлено. что угол раствора оучьи блоков полиспаста зашканпя не-

лесообразно в этом случае принимать в пределах Z0°-20°. На основании комплексных исследований задача обеспечения равномерного нагружения канатов и механизмов подъема и замыкания решена разработкой новой конструкции грейфера с упруго-црдатливой связью, которая достигается введением подвижной траверсы содержащей блоки подъемного каната и уравнительный блок полиспаста замыкания и соединенной с основной верхней траверсой через упругие элементы, а также введением дополнительной шарнирной связи, обеспечивающей самоцентрирование нижней группы блоков полиспаста замыкания. Промышленными экспериментами установлено, что перегрузки в канатах при существующей конструкции грейфера достигают расчетных величин, а при новой конструкции перегрузки в канатах значительно снижаются. При этом срс-ж службы канатов увеличивается в 3-4 раза.

Седьмой раздел посвящен разработке метода расчета и обоснованию рациональных параметров, канатных барабанов с составными цилиндрическими оболочками.. Взаимодействие барабанов с канатом 'приводит к концентрации напряжений улобовин и интенсивному из-, носу каната и винтовой нарезки, наиболее удаленной от закрепленного конца каната. Поэтому становится целесообразным снижение концентрации напряжений и использование остальной сохранившейся части нарезки в зоне интенсивного износа при минимальных затратах на ее восстановление. Это достигается применением составных конструкций канатных барабанов, состоящих из.основной цилиндрической части и насаженных на нее цилиндрических оболочек. С йасб туплением предельного износа винтовой канавки оболочки снимаются, переворачиваются на 180° и снова насаживаются :на основную цилиндрическую часть. Этим самым достигается увеличение срока службы не только винтовой канавки барабана, но и каната примерно в 2 раза. Решение поставленной задачи по созданию .теоретических основ расчета напряженного состояния составных барабанов и обоснованию выбора их рациональных параметров основано на линейной теории изгиба цилиндрических оболочек и сводится к (5Ушеник> дифференциального уравнения:

где Л с ~ Цилиндрическая -жесткость оболочки при изгибе; W - перемещение оболочки в .радиальном направлении; К - коэффициент

жесткости; Ц,{х)~ внешняя нагрузка, равномерно распределенная по окружности оболочки.

В результате решения уравнения (27), получены зависимости, описывающие перемещения составных оболочек для случая, когда в результате осесимметричной деформации начальный зазор Л между оболочками выбирается и возникает зона сплошного контакта.

Исследованиями установлено, что в случае Ср>&Кн сплошной контакт сохраняется по всей поверхности, в случае ц,< 4 Кн реактивное давление отсутствует и вся внешняя нагрузка будет восприниматься только наружной оболочкой. Конструктивно рациональным условием работы составных1 цилиндрических оболочек является равномерное распределение внешней нагрузки ц, между оболочками. Тогда толщины оболочек моЖно принять одинаковыми и меньше в два раза толщины обычных однослойных- барабанов. Другие желаемые соотношения толщин оболочек определяются наличием гарантированного зазора. При одинаковых длинах оболочек и 4=0 наибольший изгибающий момент возникает у лобовины основного барабана и равен

где /7д и /?в - толщина и радиус срединной поверхности основного барабана; - толщина стенки наружной оболочки. Результаты исследований показывают, что составные барабаны у лобовин имеют значительно меньшие нагрузки, чем в обычных барабанах и »тут быть сведены к минимуму, если внешнюю.оболочку принять■ короче внутренней на величину .

(Расчет напряжений в. опасных сечениях показывает, что для основного барабана главными являются напряжения изгиба <Зиа , а для внешней оболочки - напряжения сжатия (5сН . ■ Конструкции составных барабанов с дискретным опиранием предусматривают скользящую посадку на достаточно узких посадочных поясках по краям внешних оболочек. В этом случае функции внешних оболочек и внутреннего (.основного) барабана "разделяются": внешние оболочки воспринимают всю сжимающую нагрузку от навитого каната. а внутренняя выполняет роль связующего элемента конструк-

а з»

(29)

ции, воспринимая лишь пагругку в местах дискретного . олираиия. Расчетная схема конструкции представлена в виде симметричной статически неопределимой системы с различными жесткостями участков основного барабана, согласно которой составлена система уравнений совместности деформаций. В результате решения этой системы уравнении получены аналитические зависимости для .определения реактивных сил у границ участков с учетом влияния жесткостных характеристик среднего участка основного барабана. Для случая большой изгибной жесткости среднего участка, что характерно для многих конструкций барабанов, решение системы уравнений значительно упрощается. Полученные зависимости для реактивных сил и перемещений позволяют определить напряженное состояние составного барабана в любом сечении. Для внешних оболочек влиянием силовых факторов, приложенных на концах, можно пренебречь.

Согласно расчетным данным, ■ условие равнопрочности ■ составного барабана выполняется при соотношении толщин наружной и внутренней оболочек/^/^=0,25-0,35 и гарантированном зазоре в местах дискретного опирания. Причем, величина погрешности зазора как для случая дискретного опирания, так и .с поверхностным контактом, может привести к существенному перераспределению нагрузки, когда оболочки имеют близкие деформативные свойства. В этих условиях экспериментальные исследования становятся основой, для уточнения методики расчета и основных рекомендаций конструктивного исполнения элементов составного барабана. Опыты проводили на специальной установке испытания цилиндрических оболочек с применением тензометрического метода измерений напряжений. Установлено, что расч'-т основного барабана на прочность следует вести с' учетом постоянного среднего зазора, а внешнюю оболочку с учетом максимального зазора для заданной точности сборки соединения. Сравнительный анализ расчетных и опытных данных подтверждает достоверность теоретических исследований и разработок.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации на основании проведенных исследовашй'1 выполнены научно-обоснованные решения и технические' разработки по созданию подъемно-транспортных мзствн, имеющие важное.народнохозяйственное значение для металлургической, горюдобыдоямй и других' отраслей промышленности. Научное обоснование' решений и технических разра-

боток построено на установленных зависимостях, описывающих, напряженно-деформированное состояние растяжения и кручения каната в зависимости .от технологических;несовершенств его свивки и фпии-ко-механических характеристик,- геометрических и. конструктивных . параметров органов навивки и пол'испастных'систем, циклических нагружений и режима работы, механизмов Подъема и- горизонтального перемещения, послуживших . основой для разработки•методов расчета и обоснования выбора, рациональных параметров ;'-,канатов, органов навивки и. полиспастных систем, - обеспечивающих, повышение.эффективности работы подъемных .кранов, . ' ■ ■ Основные выводы и рекомендации по работе следующие:

,1. Разработаны-функциональные зависимости, определяющие деформацию кручения каната при,- взаимодействии с-органами навивки и комплексно-учитывающие 'влияние внутренних контактных нагрузок и внешнего воздействия ' со стороны органов навивки, а также связь между кручением каната, углами девиации,.геометрией каната и ручья органов навивки,, параметрами винтовой, навивки и полиспастной системы Эти зависимости позволили учесть взаимное влияние ьет -рей полиспаста' в режиме "подъема-спуска",',; накопление кручения при циклических нагруиениях,- - а. также устойчивость, всей системы , против закручивания. " . , . -

2."Обширными эксперйментальными исследованиями установлено, чт.о с увеличением.числа циклов'подъема кручение каната по мере • его оотяжки значительно уменьшается, и стабилизируется на 10-12 цикле, а накопление кручения в ветвях полиспаста ограничивается пробуксовкой каната. в ручье блока и оарабана прй подъеме или . спуске крюковой подвески без груза. По-результатам экспериментальных данных и их анализа определены поправочные коэффиш:.. и-ш и зависимости, уточняющие расчет! кручения каната при взаимодейс твии его с. блоками, и. барабанами.

'.Сравнительный;анализ данных результатов эксперимента и расчета показывает достаточное ..их совпадение при малых углах девиации Л = Д4Ш больших углов-. (Лследует вводить в расчет поп, ' районный, коэффициент (1, 5 -'?.);- Расхождение при атом не превышаетШZ при, надежности S3** О, УГ>... '«1. Вначй'гельное снижение кручения каната вызванное углами де-' виации ;достигается ,выбором . рациональных параметров органов на-

вивки, которые определены аналитически ;с использованием функциональных зависимостей при условий.минимального кручения каната, и обоснованно установлены их величины: -угол раствора ручья .блока (55 •• 60°) , для барабанов ( 0=400-Ш0 мм) увеличение ш&га винтовой канавки соответственно на .(1-2) мм. v •••-••'."

4, Раэработали эффективные методы компенсаций кручения с Прй-менениеми.правого и левого винтового движении каната, а также снижения кручения путем . выбора рациональных параметров..органов навивки и в целом полиспастных систем, различных схем запэсовки каната с учетом направления его.свивки и использованы при модернизации существующими проектировании новых' подъемных .устройств. Повышение технического ресурса и устойчивости подъемных систем с ■ применением барабанных фрикционных приводов обеспечивается разработкой .-новых подъемных устройств и фрикционных приводов на ос- ■ нове сдвоенных полиспастов,с полной компенсацией кручения каната и всей системы. . ... . ' . ..

6. Получены аналитические зависимости для / определения напряженного состояния каната, отличающиеся учетом разности Длин эле-, ментов на toare свивки.. Теоретическими и экспериментальными исследованиями установлено, что максимальный коэффициент концентрации напряжений в канате; определяемый разностью длин элементов, . находится .в пределах К*»1,3-1,4. -

6, . Установлена функциональная .зависимость между усилием рбтяж-.-ки и разностью скоростей вращения барабанов. физико-Механическими характеристиками каната и разностороннего его изгиба на об-с . водных блоках.. Показано, что.разносторонний изгиб.каната на обводных блоках при длине.'прямого .участка" йезду ними .. .кратной не- . четному числу полушагов свивки создает дополнительное Ациклическое нагружение элементов и этим самым позволяет обтягивать канаты усилием в, 2; раза меньше, Не. снижая "эффективности процесса об- . тяжки. Новая конструкция барабанной ^ вытяжной установки с, обвод--ными блоками может, применяться для обтяжки канатов .kí'uí при. их свивке, так и перед их эксплуатацией. .'-. - • \ ■ 0 . " V : .. .

7; Разработана математическая модель подъема и; горизонтального перемещения, грейфера с. грузом как-.-системы;ин тег ра,-дифференциаль-,ных уравнений -движений ^приводов',1 • .грува',. сов.местнрсти деформйций. механических- систем' йпмыкария; к'-, ле/гнфа•' .-гр^й'!«'ра; uQ;.uw.twmie:

,определить неравномерное нагруженйе манатов с учетом физико-механических характеристик каната, конструкции грейфера'и режима работы механизмов. ..Решение отих уравнений 'выполнено для ргалич-ных расчетных схем. По результатам комплексных исследований установлены: .-...-.,

существенное влияние жесткой связи между двумя канатными системами с независимым управлением, двигателей подъема и замыкания грейфера и целесообразность введения.упругой связи, обеспечивающей эффективное выравнивание усилий в канатах и демпфирование колебаний при подъеме грузаг

- -форсированная работа механизмов горизонтального перемещения крана и тележки сопровождается поперечными смещениями грейфера и перегрузками'канатов, обусловленные! наличием жесткой связи между канатными системами;

- влияние перекосов.нижней блочной подвески полиспаста замыкания на перегрузки.в ветвях каната и необходимость компенсации перекосов применением самоцентрирования нижней группы блоков относительно верхних На-всех циклах работы грейфера.

8.- Разработка и внедрена новая конструкция канатного грейфера, обеспечивающая статическую определимость вертикальных нагрузок в канатах .и " уменьшение их перегрузки за счет равномерного распределения, концевой"нагрузки.на канаты и двигатели обоих, механизмов путем.'установки уравнительного блока полиспаста замыкания; на траверсе, которая подвижпб связана с , корпусом грейфера через упругие элементы, и самоцентрирования нижней группы-блоков таким образом, что перекосы и углы девиации в канатах замыкания полностью исключены.. По- результатам промышленных испытаний срок службы канатов увеличивается в "3-4 раза.

'9. ЭДективность применения новых составных барабанов со съемными оболочками из профилированного проката обеспечивается более полным использованием винтовой канавки под канат при меньших затратах"на ее восстановление, увеличением цилиндрической жесткости, экономией металла и увеличением.стойкости каната.

10.,. Получены функциональные , Зависимости между напряженно-деформированным состоянием составных- барабанов и силовыми факторами, Определяемыми- основными соотношениями линейной теории изгиба цилиндрических оболочек, на основании, которых выполняются расче-

ты составных'барабанов и технические решения но снижению максимальных напряжений-, .Установлено,-'.что,при сплошном контакте расчет составного барабана на прочность следует вести,с учетом заданной точности,Сборки соединения оболочек. Для случая дискретного опирания условие равнопрочности выполняется при соотношений толщин оболочек 1:2, при гарантированном зазоре.это соотношение можно уменьшить в два раза. *■'

11. Осуществлено промышленное внедрение комплекса тех-нйческих решении и разработок:. грузоподъемные устройства с компенсацией кручения канатов и всей системы, предварительная силовая калибровка новых канатов, новые конструкции канатных грейферов и барабанов, позволившие за период с 1974-1991 гг, существенно уве-. личить технический - ресурс' канатов и подъемных кранов за счет сокращения затрат и получить реальный'экономический эффект около 760 тыс. руб. (в ценах 1975 г.).

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:' '.-',,"" ■ . ' . ;■■'''. .. ' ..'- .. . ' ' У

БРОШЮРЫ . .. ^ ".' '• ":" ..;

1. Чугаасов С.Ф., Земляков IUI., Рослик А.И. и др. Футерование ручьев крановых блоков:- Инф., листок 1ЩГИ.- Днепропетровск,. 1965.

СТАТЬИ В НАУЧНЫХ ИЗДАНИЯМ '': > . - ;■",

2. Чукмасов С.Ф., Рослик А.И. Приспособление для .измерения' величины кручения канатов грузоподъемных машин .//■-Вестник мошной строения.-1963.-N9.-С.31-32.

3. Рослик А. iL, .^спериментальное ^сследование кручения крановых канатов // Сб. „Стальные канатвг. - Вып,1.'- Киев: Техника, 1964.-С.253-255. - " '.: •.:.-' ."."".'.' ' '..

4. Чукмасов С.Ф., Земляков.И.П., Рослик А.И. и др. Повышение сроков службы стальных крановых канатов.в эксплуатационных условиях // Сб. ' Исследование -узлов . и. деталей ПТМ. -ВЫП.7 (49).-М.:. ВШИПТМА!!) (ОТИ), 1964. -С. 67-78. - ' "

б. Чукмасов''С.Ф,, Рослик-А.И. Кручение крановых канатов,,от до- , полнительного,. растяжения '-при ивгибе /'/.,Сб.;.'. Стальные канаты. -Вып.2;-Киевг Техника, 196&. -С. 19b-19V. "= /.:-''.- -'-.^О';'

•. 6. .Рослик А.Л.,, Суровцев В.С/ /Футерование. кйнатных;.бЛокой -У/}':;.

Бюллетень ЩШИ и ТЭИЧМ.- I960.-N19.-0:54-55.

7. Рослик А.И. Упругое кручение каната // Металлургическая и горнорудная промышленность,- 1066.-N6.-С'.51-52.

8. Чукмасов О.Ф., Трушин A.B., Рослик А. И. и. др. Силовая калибровка'канатов // Сб. Стаяьныё канаты.-Вып.3.-Киев: Техника, 1966.-0.242-245.

9. Рослик А.И. Кручение подвесок полиспастных систем // Сб. Стальные канаты.-Вып. 4.-Киев: Техника, 1967.-0.101-.103.

10. Рослик А.И. Кручение крановых канатов .в процессе эксплуатации )/ Сб.; Стальные канаты.'- Вып.'4.- • Киев: Техник, 1967. - С. 103-108:

11. Чукмас-ов С.Ф., Суровцев В. С., Рослик А.И. и др. Определение оптимальных конструкций крановых ¡санатов // Сб. Стальные канаты.-Вып. 4.-Киев: Техника, 1967.-С.236-241.

12. Павленко Ю.Г. Рослик A.M. Распределение нагрузки в элементах канатов двойной свивки // Сб. Стальные канаты. - Вып.5.- Киев: Техника, I960.-0.229-й',"О.

13. Рослик А.И., Павленко Ю.Г. Тензометрический метод определения натяжения прядей в канатах двойной свивки // Сб. Детали машин и HTM.-Киев: Техника, 11)60.-N9.-С. 130-132.

14. Рослик'Л.И., Павленко'Ю.Г. Исследование кручения канатов на многоблочных полиспастах // Сб. Стальные канаты.- Вып.6.-Киев: Техника, 1060. -С. 213-215.

15. Рослик А.И., Павленко Ю.Г. Расчет, параметров блоков и барабанов с учетом минимального кручения .каната // Сб. Стальные канаты.-Вып.6. -Киев: Техника, 1060.-С.215-218.

16. Рослик АЛ., Павленко to.Г., Свйриденко Л.Г. Расчет и выбор канатов конусных лебедок доменных печей // Сб. Металлургия и

.коксохимия.-Киев: Техника. 1070.-N10.-С.04-05.

17. Ткачев С.М., Павленко Ю.Г., Рослик A.M. и др. Кручение каната в 'условиях работы фрикционного привода // Сб. Надежность ПТМ. -1070. • N1 (06). - М. : ВНИИ!ПМАШ. -С. 185-108.

18. Рослик A.M., Краснобаев К). В., Павленко Ю.Г. Исследование несимметричного растяжения крановых канатов // Сб. Стальные канаты. Hiai.ft. Киев: Техника, 10V1.-C.138-14Ü.

10. Рослик А.И.. Павленко Ю.Г. Кручение каната в условиях че-тырехоараолпного фрикционного привода // Со. Стальные канаты.

-Вып. 9.-Киев.'.Техника, 1972.-С. 217-220. , ;

20. Рослик А.И., Павленко Ю.Г. Исследование несимметричного растяжения предварительно обтянутых канатов // Сб. Стальные канаты. -Вып. 10. -Киев: Техника, 1973.'-С. 22-23.' .

21. Рослик А.И.., Яровой В.Ё., Соломахов Г.Г. и др. Двухкратный многочелюстный грейфер с подвижной траверсой // Сб. Новые ■ методы проектирования, расчета, испытаний и эксплуатации IJTM и контейнеров.- М.: НТО МАШПРОМ, 1974.-С.15-16,

22. Рослик А.И. Перегрузки в канатах грейферных кранов при поперечных смещениях грейфера // Вестник машиностроения.- 1980.- • Nill.-С. 34-36.

23. Рослик А.И., Соломахов Г.Г., Яровой В.Е. и др. Новая конструкция канатного грейфера // Бюллетень ЦНИИ и ТЭИЧМ.- 1980.-N19.-С.46-47.

24. Глушко М.Ф., .Рослик А.И., Демченко А.И, Эффективность обтяжки канатов на барабанах с обводными блоками.// Сб. Стальные канаты. -К.: Лыбиль, 1991.-С.Й4-38.

,25. A.c. 151457 СССР. Уравнительное устройство для сдвоенных полиспастов / С.Ф.Чукмасов, А.И.Рослик. (СССР). - Опубл. в Б.И., 1962.- N21. '

26. A.c. .308969 СССР. Фрикционная лебедка / Г.Л.Павленко,

A.И.Рослик,'Ю.Г.Павленко. (СССР). -'Опубл.. вБ.И., 1971.- N22. .' ■27. A.c. 387249 СССР. ■ Установка для испытания цилиндрических

оболочек / Г.Л.Павленко, В.Е.Яровой,.'А.И.Рослик и др; (СССР). -Опубл. В Б.И., 1973.-, N27. г / '

28.' A.c. 58.2164 СССР. Устройство для натяжения канатов / Г.Л.Павленко, А.И.Рослик, . В.Е.Яровой и др." ¿СССР).- Опубл. в

B.И., 1977.-N44.

29. A.c. 591388' СССР. Канатный грейфер / И^П.Макридин, А.Ю. Шпигель,-А.И.Рослик И др. (СССР),- Опубл. в Б.И.,1978,- N5.

30. A.c.. 954533 СССР. Устройство для. натяжэния канатов./ А.И.Рослик, М.Ф.Глушко, Ю.Г.Павленко.. (СССР). - Опубл. • в В.И., 1982,- N32. . . .-'..; ...•' . . ■ '

.'. 31. A.c. 759451- СССР. Канатный барабан/ А.И.Рослик, К.И,Тара-, сов, В. Н.Поляков И, др. (СССР). - 1980. •■ -'. ' -, ': Л''. V. . 32, А,с. 872443 СССР. Грузоподъемное устройство /:А.И.Рослик, М.Ф.Глушко, Ф.К.Клименко и др..: (СССР),- Опубл. В IUI, ,19;jl.-,.Nr:ö. -33. A.c.. 149747В СССР. Пробежная маашка для испытании канатов

' re-i

a JcaHanjbix блотав на долговечность / П.Й.Нуенрьков, Л. У,. Рос тт. (СССР). Опубл. В Б.И., 1989,- N28.

. . ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ '

34. Кравченко Г.Ф., Рослик А.И.Яровой В.Е. и др. Эксплуатационные нагрузки в канатах грейферных кранов // Сб. Повышение надежности и долговечности металлургического оборудования.-Днепропетровск, 1972.-С.69-70.

35. Павленко Г.Л., Рослик А.И., Яровой В.Е. Исследование обтяжки канатов с упругими несовершенствами на цилиндрических барабанах с жесткой кинематической связью // Сб. Прочность и долговечность стальных канатов1. -М.: НТИ морского флота, 1976.-0. 99-100. ' .

36. Рослик А.И. К вопросу определения технических условий обтяжки канатов /У Сб. Прочность и долговечность стальных канатов. -М.: НТИ морского флота, 1976.-С.101.

37. Рослик А.И. ,■ Яровой В.Е., Демченко А.И. и др. Влияние перекосов блочной подвески на стойкость канатов грейферных кранов // Сб. Повышение надежности и долговечности металлургического оборудования.-Днепропетровск, 1977.-С.56.

38. Павленко Г.Л., Рослик А.И., Яровой В.Е. и др. Экспериментальные исследования работоспособности установки для обтяжки канатов // Сб. Повышений надежности и долговечности металлургического оборудования.-Днепропетровск, 1977.-С.57-58.

ABSTRACT

Roslyck, A.l. Theoretical fundamentals of the choice of cranes hoisting ropes and sheaves parameters. Dissertation to qualify for the Doctor of Technical Sciences Degree in "Hoisting and Conveying Machines" (05.05.05). The. State Metallurgical Academy of Ukraine, Dniepropetrovsk, 1995.

Dissertation presents scientifically-grounded solutions and . technological developments aimed at designing . cranes, with account to the quality of twining, twist effects, rope Theological properties, construction peculiarities of knots and hoisting gear operating conditions, on the basis of which a system of new methods is suggested which enables to define effeptive parameters of sheaves, drums,, rope pulley blocks and clamshells resulting in the decrease of technological twining and twisting defects, improvement of safety and reliability of cranes by up-dating the existing hoisting machines and designing the new ones. The main results are published in 24 printed. papers, 9 patents and 5 abstracts of reports.

АН0ТАЦ1Я

Рослик 0.1. Науков! основи i обгрунтування вибору параметр1в канат1в та opraHiB навивания ладйомних кран!в. Дисертащя на одержання наукового ступени доктора техн!чних наук 8i спецпшь-hoctI 05.05.05. -"Шдйомно-TpaHcnopTHi машйни", Державна мега-лург1йна акадеь^я Укра'1ни, Дн1пропетровськ, 1995,

У дисертацП викойан1 науково-обгрунтован1 р!щенмя? f техн!чн1 ••• розробки по створенно Шдйомних кранiв з врахуванням якост! су-, кання,. кручення, ресяог1чних властивостей каната, конструктивних особливостей вузл1:й та режиму роботи MexaHiSMiB, на Шдстав! яких розроблено комплекс нових метод!в визначення ращоналъних параметр!в блок!в, барабангв, пол!спаст1в та прич1пнйх пристро'1в (грейфер1в), що 8абезпечують зниження технолог1чних дефект!в сукання i кручення канат!в, а таКох п1двищення' безпеки та эфек-тивност i шляхом модернiзацП 1снуючих i створення нових вантажо-п!дйомних машин, основний eMicr роботи викладений у 24 друкова-них роботах, 9 винаход1в та 5 .тезах дожяйдей. :

Ключов! слова: канат, блок, барабан, кран, грейфер,.кручення, мехашзм, вузол, напружения, ефёктивн1сть.

В1дпов1дальний за випуск Симановнч Г. А.

Подписано до друку 3.38.95. Формат 60*84/16, Пашр друкарський. Офсетний друх. Умовн. друк.арк. 1,86. Умовн. фарб.-вщб. 1,86. Тираж 100. Замовлення N 383. Замовлене. ВПОП "Дшпро", 320070, м. Днтролстровськ, вул. Серова, 7.