автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Обоснование и выбор основных параметров колесно-гусеничных большегрузных строительно-монтажных кранов

V \ Ь

^ о

\ о

V 11

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ПО МЕХАНИЗАЦИИ МОНТАЖНЫХ И СПЕЦИАЛЬНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ

РАБОТ

ВКТИМ0НТАЖ!ТР0Й1ЛЕХАНИЗАШ

На правах рукописи

Гудков Юрий Иванович

ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР

основных параметров колесно-гусеничных большегрузных строительно-монтажных кранов (на примере крана МКТ-250 грузоподъемностью 250 г)

Специальность 05.05.04 - Дорожные и строительные

машины

Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1996 г.

Официальные оппоненты: - Николаев Сергей Николаевич -

профессор; доктор технических нау

- Степанов Михаил Александрович -доцент; кандидат технических нау*

Ведущая организация: Тульское АО "Строймеханизация"

Защита диссертации состоится 14 мая 1996 г. в 16 часов 30 минут на заседании диссертационного сове К.053.П.03 при Московском Государственной Строительном Университете по адресу: 129337, Мооква, Ярославское шосс аудитория 507.

С диссертацией в виде научного доклада можно ознакомиться в библиотеке Московского Государственного Строительного Университета.

Диссертация в виде

научного доклада разоолана 13 апреля 1996 г.

Ученый секретарь Совета, профессор

Тотолин П.Е.

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Аотииюхь таи

Увеличение темпов я объемов строительства промышленных объектов зависит от создавая я эффективного использования новых строительно-монтажных вранов, а также от внедрения прогрессивной тагиологии строительно-монтажных работ о использованием этих чшнов.

С увеличении габаритов я масс монтируемого'оборудования я конструкций, а также увеличением высоты я площадей технологи» ческих установок, требуется создание я внедрение принципиально новых стреловых самоходных кранов повышенной грузоподъемности.

В настоящее время в Россия выпускают гусеничные крана грузоподъемностью до 125 т я враны на двевмоколесном ходу грузоподъемностью до 250 т.

Гусеничные краны по сравнению о кранами на пневмоколеснам ходу mieux pas преимуществ: хоровая проходимость я маневренность в пределах строительной площадки, а также способность передвигаться о номинальна! грузе* на крика. Недостаток этих кранов -- б сиплая трудоемкость сборки на строительной площадка. Преимущество кранов на пневмокохеснои ходу по сравнению с гусеничной кранами - хорошая мобильность па строительных площадках и между ними, недостаток этях кранов - работа крана с вынос наш опорами я, как следствие, запрещение передвигаться о поминальным грузен на площадке.

Специфика монтажа многих промышленных объектов, где требуется монтаж колонных аппаратов или металлоконструкций на боль-иул высоту предопределяет передвижение крана с грузен на крике.

Поэтому, автором совместно с конструкторами мВКГЙ<онтаж~ строймеханизация", с 1982 г. была начата разработка стрелового

крана с комбинированным колесно-гусеничнш ходом грузоподъемность» 250 т (впоследствии подучившего индекс ИКТ-250), оклада» вдего преимуществами гусеничного и пневмоколесного кранов.

На первом этапе создания крана Инструкцией по эксплуатация разрешалось передвижение только с основной стрелой на ыишшадь-ноа вылете с грузом массой 50i от грузоподъемности врана на выносных опорах, т.е. 125 т. В то же время кран MKT-25Q на строи-тельно-монтажннх работах должен работать со стрелами длиной, часто превышающей основную, а также на промежуточно! вылетах. Однако использовать вран в режиме передвижения с грузе» на кр» ке на этих стрелах баяо запрещено из-за отсутствия методики определения грузсшодьемности варана в этих режимах» что значительно ограничило область его применения*

При создании колеснот-гусеничного специального монтажного крана грузоподъемность!) 250 т авторш dm проведен выбор основ-них параметров (его опорный контур, ходовая часть, конструкция рабочих механизмов, размера стрел и Оашенно-стрелового оборудо вания, грузоподъемность крана в статическом режиме и при перед вижении). Выбор атих параметров, учитнвагоий конструктивные особенности врана и условия его эксплуатации, дали возможность при сохранении необходимо! безопасности наиболее эффективно попользовать кран на строительно-монтажных работах.

Колесно-гусеничннй кран грузоподъемностью 250 т создан впервые и исследований по выбору основных параметров таких кранов ни в нашей стране, не за рубежом ранее не проводились.

В докладе проанализированы и обобщены опубликованные в литературе и отдельных изданиях результаты научно-ясследовахел скжх работ, выполненных авторш по этшу вопросу.

Цель работы я задачи исслятговяттй.

Целью работы является обоснование а выбор одновных параметров колесно-гусеничннх специальных монтажных кранов^ Выбор основных параметров автор проводил на основании динамического расчета колебаний врана и его элементов как при подъеме и опускании груза, так и при передвижении с грузен на крюке с различными длинами стрел, расположенных вдоль направления движения.

В соответствии с поставленной целью решались следувдае заг-

дачи:

- разработать математическую модель для статического и ди~ панического расчета грана (при передвижении с груз см на крике);

- разработать критерии допустимой грузоподъемности крана при передвижении с грузен на крике для различных стрел и вылетов;

- определить факторы и их количественные характеристики, влиявдив на выбор грузоподъемности крана а статическом я динамическом режимах;

- исследовать с использованием АЕМ (аналоговая вычислительная машина) и ¡НЕМ влияние основных параметров крана, в т.ч. ходовой части» а такая возмущающих воздействий (жесткость основания и профиль пути) на колебание крана и груза;

- провести комплексные натурные экспериментальные исследования крана в статическом и динамическом режимах;

- разработать методы расчета допустимой грузоподъемности врана в статическом и динамическом режимах*

Нздгшя довюна Р30°ТНг

- впервые разработана методика выбора основных параметров гусенично—колесных кранов на примере крана грузоподъемностью

250 т;

- установлены закономерности изменения динамических нагрузок от параметров крана я неровностей строительно-ионтаяной площадки при передвижении;

- разработали Методы расчета допустимо! грузоподъемности колесно-гусвничного крана, в т.ч. в режиме передвижения о раз» личными дгинями стрел н вылетами с учетов колебаний

- разработана конструкция нового типа крана

Практическая значимость.

Проведеннне исследования позволяет!

- научно обоснованно о достаточной для практики точностью определять грузоподъемность колесно-гусеничннх кранов в статическом режиме ж при передвяженжк с грузен на Ерике;

- определять нагружвнноать элементов крана при подъеме груза и передвижении о грузен

А1ГО90«ПИ РП0ОТН>

Результата исследований иснользованн:

- проектно-конструкхорской организацией ВКГИмонтажстрой-механизация для выбора основных параметров коиюсно-гусеничного специального монтажного дона'грузоподъемностью 250 т;

- при изготовлении Ульяновским механическим заводом колес-но-гусеничного крана ЫКТ-250 грузоподъемностью 250 т;

- при корректировке грузавнх. характеристик крана при пе-

— производственными организациями, эксплуатирующими дянннй вран на строительно-монтажных работах;

— при проектировании новых кодесно—гусеничных кранов.

Основные научные подохениа и практическая значимость работы

проверены на заводе-изготовителе врана ЫЕТ-250 приемочной комиссией я в организациях, эксплуатирующих этот кран.

Результаты исследования были доложены на Всесоюзном научно-техническом совещания (декабрь 1984 г. гор.Носква), международной научно-практической конференции (апрель 1989 г. гор.Варна, НРБ), на Советах Минионтажспецстроя СССР (1982-1990 гг. гор Москва).

По материалам исследований опубликовано 14 работ, получено 8 авторских свидетельств на изобретения.

Объем и стоткттоа работы.

Диссертация в форме научного доклада изложена на 32 стр., включая I табл. и 4 рис. я является обобщением опубликованных научных трудов я изобретений автора [1-11].

Ия яявпггу тшипг.ятг.я мяпуиит опиовтзя ТТйЦП^р^-

1. Теоретические закономерности выбора основных параметров колесно-гусеничных специальных монтажных кранов различной грузоподъемности.

2. Математическая модель для выбора основных параметров колесно-гусеничных монтажных кранов, в т.ч. для исследования процесса передвижения этих вранов с грузом на крюка по площадкам ре ального провели.

3. Методика ж результаты исследования на АШ я ЗЦЕМ колебаний врана и груза на крюке в статическом режиме я при передвижения врана»

4. Критерии и- методика определения грузоподъемности колвсно-гуоеничных кранов в статическом и динамическом режим!

5. Методика и результаты экспериментальных исследований колеоно-гусеничного крана.

I. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Теоретический выбор ооновньйс яараметров колеано-гусеняч специальных монтажных кранов проводилоя о' учетом динамически нагрузок, возникающих как при подъеме груза, так и при перед жении крана о грузом.

В связи о конструктивными особенностями ходовой части колеоно-гуоенизного крана автор рассматривал динамические не рузки при определении устойчивости как гусеничных, так и пш моколесных кранов, а также рассматривал конструктивные реше! спепщасои кранов большой грузоподъемности и их перебазирова! на строительных площадках Г 4 ] .

Анализ работ отечественных и зарубежных авторов показа что о учетом динамических нагрузок рассматривалось влияние отдельных факторов или их оочетания на уотойчивооть крана. Но не проводились наследования динамических процессов на кр нах о колесно-гусеничным ходом, в т.ч. и при передвижении. Поэтому отоутотвовала методика выбора основных параметров колеоно-гусеничного хода крана и его грузоподъемндотя при е редвижении.

В наших работах Г I, 6, 7, в! приведены рекомендации по расчету грузоподъемности гусеничных и двухосных пневмокс ных кранов при использовании их в режиме передвижения по р( личным основаниям.

В этих работах была установлены критерии устойчивости кранов при передвижении, основные внешние факторы, влинщие на грузоподъемность кранов в этой режиме, и на основании математической модели и ее исследования были даны предложения по расчету динамических нагрузок и устойчивости кранов, исходя из их грузоподъемности. Учитывая, что задача определения грузоподъемности кранов при передвижении многофакторная и вариантов расчетов много, целесообразно было разработать машинные программы расчета грузоподъемности на ЭШ, что резко сократило трудоемкость и сроки на производство расчетов.

Пользуясь исследованиями определения грузоподъемности гусеничных и пневмоколесных кранов в статическом режиме и при передвижении, часть этих исследований автор использовал при выборе основных параметров и создании большегрузного колесно-гусенично-го крана.

При работе колесно-гусеничного крана возникают колебания масс крана и груза, вызванные как неустановившимися движениями механизмов (подъем и опускание груза, передвижение и др.), так и фактором взаимодействия колесно-гусеничного хода с основанием.

Подъем и опускание груза, изменение вылета крюка, поворот крана с грузом на гусеничных и пневмоколесных гранах рассматривали многие авторы. Однако отсутствует анализ влияния указанных факторов на устойчивость колесно-гусеничных кранов. Автор о помощью математической модели и эксперимента исследовал этот процесс для колесно-русеничных большегрузных кранов.

дня выбора основных параметров колесно-гусеничного хода исследовался процесс передвижения МКГ-250 с грузом на крюке со стрелой, расположенной вдоль гусениц, и определялась грузоподъемность врана в этом режиме.

КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ КРАНА ШСГ-250 ПРИ ПЕРЕДВИЖЕНИИ

«

На вране МКГ-250 приме не в комбинированный колесно-гусенич-ный ход, состоящий из двух гусеничных тележек, которые крепятся спереди к опорно-ходовой раме на пальцах, и задней 4-осной шар-нирно сочлененной пневмоколеоной тележки.

Для выбора допустимой грузоподъемности крана при передвижении с грузом на крюке для различных стрел и вылетов исследовались критерии, определялцие эту грузоподъемность.

Такими критериями могут быть:

- устойчивость крана против опрокидывания;

- мощность двигателя механизма передвижения;

- нагрузка на пневмоколесную я гусеничные тележки;

- прочность отрелн и других узлов крана;

- управляемость и проходимость врана.

Исследования критериев допустимой грузоподъемности колеснс -гусеничного крана при передвижении и при работе без выносных опор показали, что она определяется нагрузкой на пневыокоЛеса. Так для крана МКТ-250 эта нагрузка не должна превышать 10,5 т.

СОСТАВЛЕНИЕ РАСЧЕТНОЙ СИМЫ КРАНА И ВЫВОД УРАВНЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ СИСТЕМЫ "КРАН-ГРУЗ"

Выбор основных параметров и анализ конструктивных решений колесно-гуоеничного крана проводились по математическим зависимостям, внлючалцнм дифференциальные уравнения. Это обстоятельсз во определило проведение математического моделирования колебаш колесно-гуоеничного крана с грузом в отатнческом режиме и при

стр

№5

К/3

'9гр

грузом

Сс^// 6У / ¿Л»

х- / 1А

ьА / 1

к я? 5

Кп

ш

Рис. 2

Расчетная модель колесно-гусеничного крана

передвижении со стрелой, расположенной вдоль направления движе-» ния.

На основании проведенных автором исследований колес-

но-гуоеничный кран о грузом на крюке предотавлен в виде пятиыас-совой системы (рио. 1,2),

Масон крана приведены к пяти точкам: к точке I - маооы гусеничных тележек; к точке 2 - масса пневматической тележки; к точке 3 - масоа поворотной платформы, нижней части. стрелы и неповоротной чаоти, кроме гуоеничных и пневмоколеаной тележек;

к точке 4 - маооа верхней чаоти стрелы; к точке 5 - маооа груза. Точка 0 - центр тяжести крана о грузом. Точки приведения масс крана выбраны из уоловия более удобного представления и анализа расчетной схемы, а также вывода дифференциальных управлений I оттаивающих движение системы "кран-груз".

Рассматриваемая сиотама имеет 5 маса, где в качеатве обобщенных координат приняты:

®гр ~ угол отклонения от вертикали грузового полиспаота о грузом при колебаниях крана в плоскооти стрелы;

9р - угол наклона ходовой рамы крана к горизонту а учетом просадки оон'ования и колебаний сиотемы "кран-груз";

2 - вертикальное перемещение центра тяжести сиотемы "кран-груз";

90Тр- угод наклона отрелы к ходовой раме, о учетом-жеоткос-ти атрелоподдерживающей оиотемы.

Дифференциальные уравнения, опиоывашие движение рассматриваемой сиотемы "кран-груз", имеют вид:

Для вертикальных колебаний центра тяжести крана имеем:

-(/г;, wsk -Z = фА ^ 4 4^ "

* бЦ* X V ¿1^. ■ Qy, ¿у, v ¿>уэ /77,- ¿у,

- Of /4 ^ fi/i)+//", +

" /Сг Z f * Gf бр ^Az +

Для колебания рамы крана.

- Jo в, Ll в г V / fi)] 7 4 4 ^ £ Щ

Ос^у ■ PonffsVu */#s) -COiffy - P<h*fJ-> /77,-tfp ¿Jffey-ft L

1 '^f /Р, -/fti ¿¿-Wi 4 у /Т7у ^ V/^ ^ •

Для колебаний стрелы имеем: С^ ^

- Qj<> St*r f - Ocrnf Jft77* ''jPy sff?

- tfenffrfy • fy eai/fy-€>0i*f) -> Py.7 /77^6^ *

Oc^xf) -i Cc ffd, - ¿i • с

Для колебаний груза инеем: + 2 Еу-Р/э gyo у - ¿¿Цг . co-s/py*

V4

-I3-T

где g - ускорение свободного падения;

К | Э — приведенная жеоткоать пневыотелехек;

Кг^ - приведенная жеоткооть гусеничной тележки;

Я, fcjfjtft- профиль неровностей;

Сс - жеоткоать отрелоподдерживапцей системы;

Со =» -i—

Oi

6, - упругое перемещение точки крепления отрелоподдерживащей системы к оголовку отрелы крана под дейотвием единичного груза.

Целью решения этих уравнений на аналоговых машинах МН-7 являлось исследование ооновннх конструктивных параметров крана, определение грузоподъемности при передвижении и влияние на нее факторов пути и основания (машинный эксперимент).

Решение дифференциальных уравнений аналитически затруднено. Моделирование на АВМ (рис. 3) [9 ] позволяет в широких пределах исследовать процесо передвижения крана МКТ-250, выявить влияние различных факторов и их комбинаций на грузоподъемность крана, уточнить расчетную охему, упроотить дифференциальны1 уравнения, и онизить трудоемкость вычислительных операций на цифровой вычислительной машине, оставив в уравнениях только те члены, которые дают существенное влияние на грузоподъемность крана.

Поэтому ¿ВЫ эффективно попользовались для быатрой предварительной прикидки решения таких сложных задач, как выбор основных параметров крана и влияние на них процеаса передвижения крана.

Наиболее опасным с точки зрения грузоподъемности крана при его передвижении являетоя частота наезда на неровнооти гусеничными и пневмоколеоными тележками, вызывающая маятниковые

Рис.З

•/прощенная структурная с^ена моделирования процесса передвижения крана ЖТ-250 с грузом на хрюке

раскачивания груза. При определенных соотношениях длин неровностей и длины гусеничных и пневмоколесных тележек, а также расстояний между колесами пневмотележки могут возникнуть резонансные колебания. При частоте наезда крана на неровности равной кратной или близкой к частоте собственных маятниковых колебаний груза, происходит сложение колебаний от отдельных воздействий и усиление их, увеличивающее амплитуду колебаний груза и грузовой момент.

С увеличением глубины неровности происходит более интенсивное увеличение угла отклонения грузового полиспаста от вертикали. Анализ результатов динамического исследования процесса передвижения крана ЖГ-250 с грузом на крюке, полученных на АШ, показал, что о доотаточной для инженерной практики точностью, кран с грузом может быть описан системой четырех уравнений, имеющих четыре степени свободы, позволяющих оценить влияние отдельных факторов на динамические нагрузки и как следствие, на грузоподъемность крана. Как показали исследования процесса перед вижения крана основное влияние на его динамику и грузоподъемность оказывают маятниковые колебания груза относительно точки подвеса грузового полиспаста к отреле, возникающие в период неустановившегося движения крана. Если масса стрелы на порядок меньше массы груза, то систему "кран-груз" можно рассматривать без приведенной масон стрелы. Если масса стрелы соизмерима о массой перевозимого груза, то кран должен рассматриваться с учетом приведенной массой стрелы. На угол отклонения грузового полиспаста основное влияние оказывает ускорение от разгона и торможения механизма передвижения и жесткость основайия.

Имеет место практически линейная зависимость между углом Огр и величиной ускорения от разгона и торможения двигателя

/

механизма передвижения. С уменьшением жесткости основания характер изменения угла 0Гр не имеет ярко выраженного оинуоои-дального характера, так как увеличивается влияние колебаний маос крана, особенно отрелы.

При торможения механизма передвижения в момент, когда гру отклоняется от вертикали в направлении движения, угол &Гр уве; чиваетоя примерно в 2 раза по оравнению о углом еГр, вызванньа разгоном двигателя.

При передвижении крана МКТ-250 по неровному основанию на его грузоподъемность оказывает влияние, как было указано выше, глубина и частота наезда на неровности. При частотах наезда гусеничными и пневмоколеоннмя тележками на неровности синуоощ льного профиля, равной чаототе маятниковых колебаний груза, резко'возрастают амплитуды его колебаний. Это приводит к увел чению грузового момента, причем о увеличением глубины неровно! значение угла отклонения грузового полиспаста от вертикали идет более интенсивно. При движении крана по неровностям сину| ндального профиля о расстоянием между ниш не Менее двух длин гусеничных тележек, увеличения динамичеоких нагрузок по оравн иго о передвижением по ровной поверхнооти не происходит.

Учет раосеяния энергии в подкрановом основании и в пневм колесах пневмотележки практически мало сказывается на амплиту первых двух периодов колебаний крана, а области резонансных ч тот пневмошинн лежат в зоне более высоких частот. Пневмошины обладают хорошими демфирующими овойотвами и хорошо гасят коле кия с частотой, обуславливающей колебания центра тяжестви кра обеспечивая их быатрое затухание. Это способствует уменьшения: вероятности совпадения фаз колебаний крана и груза и усиления резонансных явлений.

Дисоипативные силы мало сказываются на грузоподъемности крана при его передвижении с грузом, так как кран в этом режиме передвигается с небольшой скоростью (до 0,5 км/ч) и наиболее существенными являются колебания груза как маятника с низкими чавтотами. Существенное влияние дисоипативные силы оказывают на динамику крана в транспортном режиме, когда скорости достигают 40 км/ч.

Исходя из проведенного анализа движения крана МКТ-250 о грузом на АВМ по уравнениям (I), его можно предотавить, как установленное на упругом основании твердое тело с грузом, подвешенным на нерастяжимой нитй. Такое допущение позволяет упростите решение задачи,т.к. колебания крана с грузом рассмётривается» в первом приближении, как упрощенная линейная задачаj которая может решаться аналотическии путей.

Методика расчета грузоподъемности крана МКТ-250.

Как было установлено ранее< при расчете грузоподъемности колеоно-гусеничного крана» а т.ч. при передвижении,принимается минимально-допуотиЫая нагрузка на колесо пневМотележки. Расчеты проводили при статическом и динамическом pe&riiax о использованием вычислительного комплекса "Лйра"» доработанного для автоматизированного раочета изменения геометрической схемы; Исходя из этого критерия определяли массы противовесов и грузов» с коте рыми может передвигаться кран о различными длинамй стрел й вылетами крюка.

На первом этапа исследования процесса передвижения крана была составлена его расчетная схема. Расчетная схема представлена в виде оиотемы "конечных элементов" постоянной жесткости, вое массы элементов крана и груза сосредоточены в 10 узлах прй выполнении условия» что положение центра тяжеатй крана с грузом и момент инерции крана и его элементов по расчетной схеме эквивг

лентно реальной конструкции крана. Схема вычерчивается с нуь рацией узлов, элементов типа жесткостей, о координатами узле с расположением шарниров и жестких вставок ;рпс.4).

В узлах крана находятся шарниры, но так как между всеш узлами крана должна присутствовать стержневая овязь, то гру: соединяется о рамой крана тонким стержнем наименьшей жесткос с тем чтобы имитировать силовое воздействие на груз и чтобы в расчете можно было анализировать влияние маятниковых коле< груза.

Принятая эквивалентная расчетная схема дает достаточно ное представление о работе крана при небольших затратах маш го времени на решение задачи.

На втором этапе расчета определялись исходные данные и вводились в ВК "Лира-СМ".

Величины масс крана, сосредоточенных в узлах, рассчиты как приведенные для различных длин стрел, исходя из равенст весовых моментов конструкций крана я расчетной схемы.

На третьем этапе производился для каждой отрелы сгатич расчет, в результате чего были получены массы противовеса и груза, являющиеся исходными данными для динамического расче крана при пере,движении. При статическом расчете определялис нагрузки на элементы крана и перемещения узлов. Статический выполнялся в три стадии.

На первой стадии расчет проводился для определения мак мального веса противовеса для каждой стрелы при минимальной вылете крюка на горизонтальной площадке.

На второй стадии определялся максимально-возможный вес перевозимого груза при наклоне площадки 30' в сторону грус всех расчетных вылетах крюка.

На третьей стадии статический расчет выполнялся для ог

Рис. 4

Расчетная схема крана на ñK } Яира

-Зо-

ления перемещений и координат узлов крана при переезде через неровность (угол наклона площадки 30' в сторону противовеса для каждой стрелы и на всех вылетах крюка.

На четвертом этапе расчета определялись возмущающие воз ствия при передвижении |фана от неровности дороги и ветровой нагрузки.

Двигатели привода механизма передвижения на постоянном обеспечивали плавный разгон и торможение крана МКТ-250. При этом груз практически не раскачивается. Поэтому в дальнейшем при расчетах процеоа разгона и торможения механизма передана крана не рассматривался, а в качестве возмущающего воздейств! на кран было принято гармоничеокое возмущение от дороги, пре, ставленное в виде нескольких неровностей, имеющих синусоидах ную форму. Среднеквадратичная высота неровности дороги, по которой перемещалоя кран с грузом на крюке,принималась равно! 0,1 м.

Принятый закон кинематического воздействия описывается зависимостью:

5 = А5;п(К£. ), (2)

где: 5 - перемещение;

А - амплитуда перемещений;

К - частота неровностей;

Т - период неровноотей;

1 - текущее время.

При принятой длине гусеничной тележки и окорооти передв! ш

жения крана 0,5ч , наименьший период колебаний кинематичесг воздействия на кран от дороги ооотавит 60 о, т.е. чаотота воздействия будет К= ьЬ = 0,1047

Динамическое воздействие на кран от гусеничной и пневмо-

колесной тележек (динамич^..;.!.•. ; .. - „ г.- . . отгзг

Р ~ -

'ОХ О:

р02= ьньк3; ^

где: £- вес, сосредоточенный в узла I;

р - суммарное перемещение узла от качания крана под нагрузкой от воздействия неровностей дороги вдоль оси ОХ;

Е - суммарное пеоемещение узла от качания крана под нагрузкой от воздействия неровности дороги вдоль оси движения крана СЗЛри анализе учитывались динамические воздействия на следующие узлы крана: головка стрелы, груз на крюке, вес, сосредоточенный в центра тяжести противовеса.

При исследованиях динамических нагрузок крана ЖТ-250 при передвижении были приняты условия: кран передвигается прямолиней но по неровностям пути синусоидального профиля с высотой неровности 0,1 м, на кран действует ветровая нагрузка рабочего состояния со стороны противовеса; наклон подкранового пути (площадки) 30' в сторону груза; груз подвешен на грузовом полиспаста с минимальным зазором■между грузом и площадкой на стрелах длиной 31, 43, 61 и 73 м при различных вылетах крюка (при углах наклона отрелы к горизонту без нагрузки 40, 50, 60, 70 и 80°); стрелы при движении были направлены в сторону гусеничных тележек.

На пятом этапе расчета данные о возмущающих динамических воздействиях вводили в ВК "Лира" и проводили динамические расчеты о целью определения грузоподъемности крана ЖГ-250 з режиме передвижения. При этом были определены спектры периодов собствен ннх колебаний крана о грузом, динамические факторы и динамически перемещения узлов по расчетной схеме.

Динамичеокие расчеты крана выполнялись под воздействием

внешних гармонических возмущений от пути, имеющих синуооидаяы форму, которые воздействовали отдельно на гусеничные и пневмо-колесную тележки.

При этом для гусеничных телекек амплитуда воздействия бы. равна 0,1 м и чаотота составляла 0,1047 о"*, а для пневмоколе! ной тележки амплитуда была в 4 раза меньше из-за баланаирной оиотемы подвеоки четырехколесной телехки, а чаотота в 4 болыш чем на гусеничных тележках. Кинематическое гармоническое возд| отвие на конструкцию крана о грузом о определенными чаатотой переезда через неровности и коэффициентом затухания колебаний который был принят по статическим данным тензометрирования от; ловых кранов на пневмоколеоном ходу, равным 0,25, предопредел ли амплитуды вертикальных и горизонтальных перемещений элемен тов конструкции крана.

Установлено, что низшая чаотота колей, аний крана и груза определяется маятниковыми колебаниями груза относительно огол ка стрелы и близка к частоте колебаний физичеокого маятника с высотой подвеса, равной высоте подвеоа груза к оголавку стрел Остальные чаототы ооботвенных колебаний были значительно выше чем частота маятниковых колебаний груза и их влияние на усто вооть и прочность отдельных конструкций крана было веоьма мал и ими можно пренебречь.

Резонансных явлений из-за большой разнооти собственных и возмущающих чао тот колебаний крана при принятом коэффициенте затухания не возникало.

В результате динамического расчета была определена грузо дъемность крана при передвижении с различными длинами отрел и вылетами крюка при определенных значениях противовеса табл. I

Таблица грузоподъемности крана при передвижении.

Таблица I

_Длина стрелы, м_

31 ! 43 ! 61 ! 73

-1-,-,-

Вылет ! Грузопод. (Вылет !Грузопод. 'Вылет .'Грузопод-Вылет (Грузопс

8,2 220 10,3 158 13,4 115 15,5 80

13,2 НО 17,3 75 23,4.. 50 27,5 35

17,8 75 23,8 45 32,8 22 38,8 II

21,9 55 26,7 30 41,2 12 48,9 5

25,5 40 34,7 21 48,5 5

Экспериментальные исследования

Целью экспериментальных исследований, проведенных на кране, являлась проверка выводов теоретических исследований: принятых допущений при составлении расчетной схемы; установление действительного характера внешних силовых воздействий на кране с грузом; упрощение расчетной модели дифференциальных уравнений, описывающих движение системы "кран-груз"; опенка точности решения этих уравнений й проверка грузов'ых характеристик крана в статическом режиме и при передвижении со стрелами различной длины и вылета груза.

Кроме основных вышеперечисленных задач» в процессе экспериментальных исследований решался целый ряд чисто практических задач, связанных о тем, что кран МКТ-250 в Мировой практике дал создан впервые.

Методика экспериментальных исследований предусматривала два этапа испытаний на крюке - статические и динамические. Эти исследования проводили на испытательном полигоне Ульяновского механичеокого завода 2.

В задачу статических исследований входило определение в зависимости от нагрузки на крюке:напряжений в наиболее о сечениях элементов ходовой части, стрелы и портала; величи вертикальных и горизонтальных перемещений оголовка стрелы; величины углов поворота ходовой рамы относительно основани котором установлен кран.

Перед началом нагружения кран устанавливали в горизон ное положение на площадке с помощью шести гидроцилиндров о контура. При статических испытаниях кран нагружали тариров грузашвесом 50, 100, 150 , 200 , 250 , 300 и 350 т.

Одной из важных задач статических испытаний являлось : ление общей картины нагружения металлоконструкций и узлов : а также их прочности, т.к. для их изготовления были примен высоколегированные стали, требующие специальной технологии ботки и сварки.

Испытания проводили в следующей последовательности: вышеперечисленные грузы при соответствующих вылетах, кроме груза массой^350 т, поднимали на высоту I м и повора1 платформу на 360° в обе стороны с промежуточной остановкой каждой опорой и посередине между ними. На каждой отадии на] ния и разгрузки крана снимали показания тензодатчиков.

Груз массой 350 т был поднят между центральной и задш опорой на вылете 8 м, и удерживался в течение 10 минут.

Анализ результатов статичеоких испытаний позволил отм( следующее: максимальные напряжения 3680 кго/см^ из всех уз; и элементов возникают в раме поворотной платформы при поды груза массой 350 т, на вылете крюка 8 м, что меньше допуси для стали, из которой была изготовлена платформа. Это позвс сделать вывод, что при передвижении с номинальным грузом 21 максимальные напряжения должны быть меньше допустимых во bi

узлах и элементах крана по оравнению с подъемов груза; 350 т.

Горизонтальных перемещений ходовой рамы при проведенных ' испытаниях практически не наблюдалось.

Статические исследования крана подтвердили также возможное? представления крана с грузом как модели с линейно-упругой системой.

В задачу динамичеокого исследования (движение крана с грузом) входило определение характера изменений внешних силовых воздействий на кран; соответствия грузоподъемности крана при передвижении, рассчитанной по методике, разработанной автором, приведенной в данном докладе; динамических нагрузок в элементах конструкций крана; вертикальных и горизонтальных ускорений груза и крана; влияние колебаний отдельных элементов конструкции крана и груза на устойчивость крана.

Динамические исследования крана проводила на бетонной площадке, посыпанной песком, о использованием передвижной тензомет-рической лаборатории с непрерывной записью исследуемых параметре

Анализ осциллограмм позволил установить» что изменение частоты вращения, замеренной па механизме передвижения крана при пуоке и торможении происходит псТ кривой, которая о достаточной точностью апрокоимировалась прямой линией. Это подтверждает правомерность сделанного допущения при теоретическом исследовании, что процесс передвижения крана о грузом на крюке отвечает практически линейному закону измерения часто вращения двигателя в период неустановившегося движения.

Частота вращения двигателя механизма передвижения после разгона оставалась практически постоянной и соответствовала номинальной расчетной.

Наблюдавшиеся небольшие изменения частота вращения (до 8$)

подтвердили достаточную достоверность принятых допущений при

теоретических исследованиях об отсутстзии сколько-нибудь венной обратной связи механической системы с системой элек1 привода механизма передвижения крана.

Анализ осциллограмм по показаниям датчиков, наклееншс стрелах, позволил установить, что колебания стрел имеют нес ко частот и форм. На собственные колебания стрел накладываз составляющие колебаний от вертикальных и горизонтальных ко; ний груза, а также от зацепления звеньев гусениц.

Зацепление двух гусениц с ведущими колесами происходи: неодновременно, поэтому колебания нагрузки от зацепления п: даются на отрелу хаотично, и не сказываются сколько-нибудь метно на устойчивость крана из-за их сравнительно высокой 1 ты (свыше/Гц).

Максимальные напряжения при передвижении возникали на ле длиной 31 м с максимальным грузом 250 т на вылете 8 м, < составили 2020 кг/см^, что меньше допустимого. На стрелах < шей длины о номинальным грузом напряжения были значительно ше. В целом напряжения в элементах стрел с номинальными гр: масса которых была определена теоретическим путем, не прев: допустимых.

Эксперименты подтвердили, что устойчивость крана при ] вижении основное влияние оказывают низкочастотные маятнико: колебания груза относительно оголовка стрелы.

Период маятниковых колебаний груза на максимальных вы. крюка для стрел длиной 31 м составил 10,7 с, 73 м - 14 с, < периоды собственных колебаний крана составляли: при огрела ной 31 м - 1,9 с, 43 м - 2,6 с, 61 м - 3,75 с, 73 м - 4,4 (

Сравнение периодов собственных колебаний крана с маял колебаниями груза показывает, что при определенной длине ш груза могут возникнуть являения колебаний резонансного ха]

Поэтому на кранах» оснащенных стрелой длиной 61 м было рекомед-довано не передвигаться с номинальным грузом при длине подвеса 3,5 м, а со стрелой 71 м - при длине подвеса 5,5 м.

В процессе исследования было установлено» что минимальное время торможения крана при передвижении соответствует времени отключения механизма передвижения ограничителем гру зоподаемностг и оно составляет 0,45 с.

Особое внимание прй испытаниях крана уделяли показанию датчика, фиксирующего нагрузку на наиболе'6 нагруженное пневмоко-леоо. Нагрузка на колесо не должна была превышать 10»5 г. Если она превышала 10»5 т» то или уменьшали вылет крюка или снижали масоу перевозимого груза.

Сопоставление результатов теоретических а экспериментальных исследований показало» что:

1. Выбор основных параметров ходовой части и верхнего строе ния крана и расчет грузоподъемности крана на разных длинах стрел и вылетах крюка проведен обоснованно.

2. Грузоподъейнооть крана МКТ-250, рассчитанная теоретическим путем» получила экспериментальное подтверждение о доотаточнс точностью.

3. Расчетные охемы крана о грузом в статическом режиме и

ц

при передвижений принятые допущения прй их составлений й решении дифференциальных уравнений» описывающих движение сиотемы "кран-груз", выполнены обоснованно.

4. Грузоподъемность крана лимитируется нагрузкой на наиболе нагруженное колеоо 10,5 т, а не прочностью других элементов и узлов крана. Максимальные напряжения в элементах и узлах крана при отатическом й динамйческом исследований йё превышала 8о£ от допустимых.

5. Наибольшей влияние на устойчивость крёна при его передвп-

гении с грузом оказывает профиль пути и жесткость основания а также маятниковые колебания груза относительно оголовка с1 и самой стрелы, вызванные перемещением крана.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЩИ

1. Выполненный комплекс теоретических и эксперименталь исследований позволил на базе динамических расчетов обоснов и выбрать основные параметры и создать колесно-гусеничный к грузоподъемностью 250 т.

2. Критерием определения грузоподъемности для большегр ных колесно-гусеничных кранов в статическом режиме и при пе викении следует считать нагрузку на пневмоколесную тележку.

3. Исследования динамических процессов, возникающих пр передвижении колесно-гусеничных кранов с грузом на крюке со стрелой, расположенной вдоль направления движения, и опреде грузоподъемности крана можно производить по математическим лям, рассматривая кран о грузом как упругую пятимассовую ди мическую систему, установленную на упругом основании.

4. На устойчивость крана при передвижении основное вли оказывают маятниковые колебания груза относительно подвеса вого полиспаста к стреле, жесткость и профиль пути.

5. Разработанные методы определения динамических нагру возникающих в узлах и элементах кранов при передвижении с I могут быть использованы при конструировании для оценки их е ности и долговечности.

6. Сражение данных экспериментальных исследований с 1 тичеокими расчетами показало, что грузоподъемности крана МП в статическом режиме и при передвижении подтвердили правил! выбранных расчетных схем крана с грузом и математических мс

описывающих движения и колебания системы "кран-груз"/.

7. Результаты данной работы дают возможность научно обоснованно подходить к выбору основных параметров колесно--гусеничных кранов при их создании; определять нагрузки на отдельные узлы и элементы кранов и выбирать . их параметры; назначать дифференцированные нормы грузоподъемности кранов при их передвижении.

8. Результаты исследований» проведенных под руководством автора в ВКШмонтажстроймеханизации, реализованы при зыборе основных параметров й характеристик колесно-гусеничного крана МКТ-250 в процессе проектирования его создания на Ульяновском механическом заводе Л 2 в процесое конструкторской доработки, а также в монтажных организациях, эксплуатирующих этот кран.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1.Федоров В.М.» Клоков E.H., Гудков Ю.И. Разработать рекомендации по расчету грузоподъемности гусеничных й двухосных пневмоколесннх кранов при использовании их в режиМё передвижения по различным оонованиям: Отчет о НИР/ВНТИЦентр .'6 ГР 81052952.-М. 1981»

2. Федоров В.М., Клоков E.H., Гудков Ю.И. Исследовать процесс передвижения и с комбинированным гусенячно-колесным ходом кранов грузоподъемностью до 250 т а дать предложения по йх эксплуатации в этом режиме с грузом и без груза: Отчет о НИР/ВНИИмонтажспецотрой.-М., 1982.

3. Гудков Ю.И. Развитие комплексов машин для Механизации монтажных работ и вертикального транспорта: Доклад на Всесоюзном научно-техническом совещании. -М., 1984*

4. Федоров В.М., Клоков E.H., Гудков Ю.И. Конструктивны! решения спецшасси кранов большой грузоподъемности и их переб, зирование на строительных площадках / Монтаж оборудования и трубопроводов: Реферативный сборник ММСС СССР. -М., ЦБНТИ "ММ 1987, вып.10.

5. Артемьев А.Н., Федоров В.М., Гудков Ю.И. Исследовани некоторых задач динамики движения кранов на пневмоходу: Сбор научных трудов ВНИИмонтажспецстроя""Исследование процессов м технологического оборудования" -М., 1987.

6. Федоров В.М., Клоков Е.П., Гудков Ю.И. Определение грузоподъемности кранов с пневмоколесным ходовым оборудовали при передвижении по различным основаниям: Реферативный сборн ММСС СССР. Серия "Монтаж оборудования и трубопроводов".-М., ЦБНТИ'ММСС СССР, 1988, вып.23.

7. Федоров В.М., Клоков Е.П., Гудков Ю.И. Определение грузоподъемности гусеничных кранов при использовании их в ре ме передвижения по различным основаниям..Реферативный сборник ММСС СССР. Серия "Монтаж оборудования и трубопроводов". -М., ЦБНТИ ММСС СССР, 1988, вып.23.

8. Артемьев А.Н., Федоров В.М., Гудков Ю.И. и др. Динам колебаний кранов на пневмошинах в режиме передвижения: Сборн научных трудов ВНИИмонтажспецстроя "Исследование технологии и монтажа оборудования". -М., 1988.

9. Артемьев А.Н., Федоров В.М., Гудков Ю.И. и др. Транспортный режим движения крана МКТ-250//Монтажные и специ ные работы в строительстве. - 1989 - JS 6.

10. Гудков Ю.И., Ахметьев Л.Н., Федоров В.М. Грузоподъе ность крана МКТ-250 в режиме передвижения // Монтажные а спе альные работы в строительстве. - 1989 - 6.

11. Гудков Ю.И., Кожинов С.А. Мобильность гусеничных кранов - один из путей повышения эффективности строительного производства: Доклад на научно-практической конференции с международным участием "Трансфер авангардных технологий механизации строительных процессов". - НРБ, г. Варна, апрель 1989.

12. Гудков Ю.И., Давыдов М.Д., Федоров В.ГЛ. Оборудование типа "Суперлифт" для увеличения грузоподъемности стреловых кранов // Монтажные и специальные работы в строительстве. -1990 - .'8 2.

13. Федоров В.М., Гудков Ю.И. Повышение грузовысотных характеристик новых тяжелых кранов в режиме передвижения: Отчет о НИР. - ВНИИмонтажспецстрой, 1990.

14. Гудков Ю.И., Давыдов М.Д., Федоров З.М. Новые мощные краны на гусеничном ходу // Монтажные и специальные работы з строительстве. - 1990 - .'8 4.

15. Гудков Ю.И., Поляков В.И. Совершенствование гусеничных кранов // Механизация строительства. - 1992 - .'8 5.

16. Свидетельство СССР, .'8 18932 на промобразец "Кран монтажный стреловой".

17. A.C. СССР J8 269455 М., кл. В66С 9/00 "Гусеничное ходовое оборудование".

18. A.C. СССР JS 278989 М.кл В66С 23/06 "Кран".

19. A.C. СССР II96926 М.кл. С 07СЗ/Ю "Устройство для регистрации работы подъемной машины".

20. A.C. СССР J6 1346449 М.кл. В60С 5/02 "Подвеска транспортного средства".

21. A.C. СССР Jfi 1493828 М.кл. 16 9/19 "Телескопический гидравлический амортизатор".

22. A.C. СССР J8 1428682 М.кл. В66С 13/54 "Устройство для горизонтального перемещения кабины грузоподъемного крана".

<.J.J —

23. A.C. СССР Ji I44936I М.кл. Б60С 5/02 "Подвеска после довательно расположенных осей транспортного оредотва".

24. Пат.СССР № 1822447 М.кл. С22С 38/50 "Листовая авари мая сталь для кранов".