автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Определение грузовых характеристик строительных машин для режимов передвижения с грузом на гибком подвесе

на правах рукописи

ПОПОВ МИХАИЛ ЮРЬЕВИЧ

Определение грузовых характеристик строительных машин для режимов передвижения с грузом на гибком подвесе (на примере самоходных стреловых кранов).

Специальность 05.05.04 - дорожные и строительные машины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Томск 1997

Работа выполнена в Томском государственном архитектурно- строительном университете.

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: - кандидат техни-

ческих наук, доцент Михайлов Л.К.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: - доктор технических

наук, профессор Абраменков Э.А.

- кандидат технических наук, доцент Павлов В.П.

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: - ОАО "Томскнефть" ВНК.

Защита диссертации состоится 21 ноября 1997г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета К 064.41.01 в Томском государственном архитектурно-строительном университете по адресу - 634003, Томск, пл. Соляная 2, корп.4, ауд. 211.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского государственного архитектурно-строительного университета.

Автореферат разослан 21 октября 1997г.

кандидат технических наук, доцент Кравченко С.М.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ ДИССЕРТАЦИОННОГО СОВЕТА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Западно-Сибирские месторождения нефти и газа находятся в районах, характеризующихся болотистой и лесистой местностью со слабыми грунтами, практически полным отсутствием подъездных путей с твердым покрытием к скважинам. Для обустройства месторождений широко применяются самоходные стреловые краны - автомобильные, пневмоколесные, гусеничные и тракторные различной грузоподъемности.

Условия работы стреловых самоходных кранов при обустройстве нефтегазовых месторождений Западно-Сибирского региона до настоящего времени не изучены. Вследствие этого отсутствуют нормативы, регламентирующие параметры неровностей грунтового основания, допускающих перемещение кранов с грузом на крюке, отсутствуют рекомендации по выбору рациональных параметров подвески грузов различных масс и габаритных размеров.

Большинство объектов на месторождениях представляют собой площадки, расчищенные от леса или отсыпанные на болотистой местности, на которых устроены лежневые дороги выравниваемые грунтом по мере просадки. Непродолжительные сроки обустройства скважин делают экономически нецелесообразным устройство бетонных оснований на таких площадках, поэтому эксплуатация стреловых грузоподъёмных кранов при обустройстве месторождений имеет особенности. Более 20% рабочих циклов стреловые краны перемещают грузы с использованием механизма передвижения. Перемещаясь с грузом на крюке, стреловые краны преодолевают препятствия в виде отдельных возвышений и впадин, параметры которых имеют случайных характер, могут меняться в течении рабочей смены, особенно в весенний и осенний периоды.

Инструкции по эксплуатации автомобильных, пневмоколесных, гусеничных и тракторных кранов не регламентируют количественные показатели , характеризующие ровность кранового пути как одну из особенностей среды эксплуатации машин, а также не задают грузовые характеристики для подобных режимов. В инструкциях регламентируются только предельные скорости перемещения кранов с грузом на крюке и уклон подкрановых поверхностей.

Ни одна инструкция не определяет параметров подвески грузов различных масс и габаритных размеров.

Тем не менее, при обустройстве месторождений машинисты кранов вынуждены работать в режиме преодоления препятствий ори-

ентируясь на показатели креномеров, существующие модели которых предназначены для стационарной установки, поэтому в практической работе машинисты кранов полагаются на свой опыт и интуицию. Отсутствие инструкций и рекомендаций по назначению режимов передвижения кранов с грузом на крюке в конечном итоге приводит к возникновению аварийных состояний и, как следствие, к появлению дефектов кранов.

Цель работы. Целью работы является создание методики определения грузовых характеристик самоходных стреловых кранов для режимов передвижения с грузом на гибком подвесе, учитывающих неровности подкрановых путей, а также параметры подвески грузов различных масс и габаритных размеров.

Научная новизна:

-разработаны методические положения по формированию универсальной расчетной схемы для динамического расчета стреловых конструкций мобильных кранов при передвижении с грузом на гибком подвесе;

-разработана методика динамического расчета стреловой конструкции мобильного тракторного крана методом нормальных форм колебаний;

-разработана методика определения грузовых характеристик стреловых кранов, а также параметров подвески грузов различных масс и габаритных размеров в режиме передвижения крана с грузом по подкрановым путям с неровностями. '

Практическая ценность. Предложенные в работе методики динамического расчета стреловой конструкции и определения грузовых характеристик в режиме передвижения крана с грузом реализованы на ЭВМ, что позволяет определять грузовые характеристики для заданных условий эксплуатации.

Разработанные в работе способы моделирования массы на гиб. ком подвесе и задания внешнего нагружения являются универсальными и могут быть использованы при расчете различных конструкций строительных машин.

Разработаны рекомендации по снижению динамических воздействий на кран в режиме передвижения с грузом и выбору рациональных параметров подвески грузов различных масс и габаритных размеров.

Обоснованность и достоверность результатов. Проведены экспериментальные исследования динамических нагрузок на стреловую конструкцию тракторного крана ТК - 53 в режиме передвижения с грузом и преодоления отдельного препятствия. Полученные результа-

ты подтвердили правильность методик расчета, разработанных в настоящей работе.

Реализация работы. Работа выполнена на основе региональной программы НИР Томской области № 6РП. Разработанные рекомендации и предложения используются в подразделениях ОАО "Томскнефть", ОАО "Химстрой", СМУ-20 и ПМК-159 г.Томска

Апробация. Основные результаты работы докладывались на научно - технических конференциях секции строительных "машин в Новосибирской Государственной Академии Строительства в 1995 и 1997гг. а также на научно - технических конференциях кафедры СДМ Томского Государственного Архитектурно-строительного Университета в 1994 и 1996 гг.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных

работ.

Структура vi объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов по работе, списка использованных источников из 115 наименований, и двух приложений. Общий объем работы 192с., в том числе основной текст - 97с.(приведены 60 рисунков и 11 таблиц), список использованных источников- 12с., и приложения - 95с.

На защиту выносятся:

-методика динамического расчета стреловой конструкции мобильного тракторного крана в режиме передвижения с грузом.;

-методика определения грузовых характеристик мобильных стреловых кранов, а также параметров подвески грузов различных масс и габаритных размеров в режиме передвижения с грузом.

-результаты моделирования и выбора рациональных параметров подвески грузов различных масс и габаритных размеров для заданных условий эксплуатации мобильного тракторного крана.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложены актуальность, цель диссертационной ра-эоты, научная новизна, практическая ценность, обоснованность и достоверность результатов, реализация работы, апробация, публика-дии, структура и оёъем работы, основные положения, выносимые на saimny.

В первой главе рассмотрены и классифицированы типовые дефекты мобильных стреловых кранов эксплуатируемых в подразделе-шях АО «Томскнефть». Отмечено, что основной парк грузоподъем-

ных машин, используемых при освоении нефтегазовых месторождений Западной Сибири, представляют мобильные стреловые краны. Больше половины из них прицепные и тракторные краны типа КСГ-6В, КМТ-б.З, КП-25.

Анализ условий эксплуатации стреловых кранов в АО «Томскнефть» показал, что дефекты в конструкциях в большинстве случаев возникают в режиме передвижения с грузами, гак как подкрановые пути имеют выступы, впадины, отдельные препятствия. Крановщик вынужден, передвигаясь по таким подкрановым путям, постоянно менять скорость, тормозить машину практически до полной остановки и снова начинать движение, поворачивать, объезжая непреодолимые препятствия. В таком неустановившемся режиме движения крана груз начинает раскачиваться в плоскости и из плоскости подвеса. В момент наезда, съезда или перевалки через отдельные выступы или впадины добавляется явление подлета груза. Раскачивающийся груз в аварийной ситуации соударяется со стрелой или поверхностью, по которой движется машина. В момент подлета груза прослабляются подъёмные канаты, усилие в них уменьшается до нуля, затем груз под действием сил тяжести устремляется вниз, происходит резкое воздействие на грузоподъёмный и стрелоподъемный канаты, которое передается на металлоконструкции крана.

Экспериментальные исследования процесса движения кранов на пневмошинах с грузом на крюке (Мешик Ч.П., Поляков В.И., Тушня-ков В.М.) показали, что в этом режиме работы узлы и элементы крана подвергаются наиболее интенсивным динамическим нагрузкам, основной причиной которых являются неровности поверхности.

В работах Зарецкого A.A., Вайнсона A.A., Севериновского М.Л., Полосина М.Д., Клокова E.H. проведены исследования связанные с эксплуатацией стреловых самоходных пневмоколесных кранов в режиме передвижения с грузом по строительно - монтажным площадкам. В качестве возмущающих воздействий приняты: неровности поверхности, неравномерность передвижения и ветровая нагрузка.

Следует отметить, что исследования производились для мобильных двухосных или приводимых к ним пневмоколесных кранов, область применения которых - сравнительно ровные строительно -монтажные площадки. Методики определения эксплуатационных характеристик пневмоколесных мобильных кранов для режима передвижения с грузом принимают движение крана равномерным и исключает из рассмотрения разгонные, тормозные, и переходные режимы вследствие того ,что шасси движется по относительно «ровной):

поверхности. В условиях промыслового бездорожья существование участков имеющих значительные неровности, уклоны и наличие отдельных препятствий делает трудноосуществимым движение с постоянной скоростью. Рассмотрение неустановившихся режимов, а так же режима преодоления отдельного препятствия, является необходимым условием расчета.

Цель динамического расчета стреловой конструкции мобильного крана - определить грузовую характеристику, а также параметры подвески грузов различных масс и габаритных размеров (при заданном кране и условиях эксплуатации), обеспечивающих гарантию ненаступления аварийных состояний крана, его элементов, сохранность перемещаемого груза.

В данном случае такими состояниями являются:

а) соударение груза со стреловой металлоконструкцией;

б) соударение груза с поверхностью движения шасси;

в) "подлет" груза и прослабление грузового каната;

г) опрокидывание машины;

Во второй главе рассмотрены существующие методики динамического расчета стреловых конструкций мобильных кранов в режиме перемещения с грузом на гибком подвесе, приведенные в работах За-рецкого A.A. (ВНИИстройдормаш), Клокова E.H. (ВНИИмонтажспецстрой).Рассмотрены также методики динамического расчета стреловых конструкций экскаваторов(Волков Д.П., Панкратов С.А..) и кранов (Вайнсон A.A., Зарецкий A.A., Лобов H.A., Брауде В.И.), методики моделирования груза на гибком подвесе(Казак С.А., Орлов А.Н., Мисюра В.П.).

Для решения задач, моделирующих движение мобильных грузоподъемных кранов с грузом на крюке по поверхности, имеющей значительные неровности и уклоны, применение существующих методик затруднено, т.к. исходная система дифференциальных уравнений второго порядка должна описывать конкретную математическую модель, а внесение изменений на стадии решения (учет геометрической схемы, физической и геометрической нелинейности) требует изменения всей исходной системы уравнений с последующим изменением программы ее решения.

Предлагаемая методика динамического расчета основана на методе нормальных форм колебаний. Простота формирования исходной информации, матричная форма представления систем уравнений и преобразований позволяет легко реализовать метод на ЭВМ.

Колебания системы с N степенями свободы при произвольном нагружении с учетом демпфирования описываются системой уравнений, представленной в матричной форме

MX + СХ + SX = Q; (1)

-где M,C,S - матрицы масс, демпфирования и жесткости системы размером (N,N); X (N), X (N), X(N) - векторы-столбцы ускорений, скоростей и перемещений масс системы; Q=P(N)*F(t) - вектор-столбец изменяющихся со временем нагрузок, P(N) - вектор-столбец нагрузок; F(t) - значение нагрузки на интервале времени.

В связи с тем, что груз на гибком подвесе совершает значительные перемещения в подстреловой области крана меняя тем самым геометрические параметры системы (вылет, высота подвеса груза), необходимо учитывать эти изменения. С учетом выбранного метода решения изменения должны вноситься в матрицу податливости системы на начало каждого шага расчета.

В исходной модели присутствует элемент N9 (рис.1), который вводится в систему для обеспечения ее геометрической неизменяемости. В противном случае кроме уравнений совместности деформаций требуется и учет кинематических условий. Сила тяжести, действующая на груз, является восстанавливающей силой. С изменением угла отклонения каната от вертикали, составляющая силы тяжести груза в горизонтальной плоскости изменяется нелинейно. Для учета нелинейности действия силы тяжести груза на гибком подвесе предложен следующий метод ее моделирования.

При рассмотрении системы, представляющей собой математический маятник (рис.2), предположим, что он имеет дополнительную связь. Модуль упругости и характеристики сечения этой дополнительной связи в состоянии равновесия ничтожно малы.

т5 т5

Если вывести маятник из положения равновесия, то он начнет совершать колебательное движение. Силой вынуждающей его к этому, будет равнодействующая И сил тяжести Р=шд и реакции нити подвески 8=ш§*соз(ф). При разложении равнодействующей И. по осям х и ъ

получаем ее составляющие Ях = т£*$т(ф)*со5(ф) и И2 = ггщ * Бт(ф) * Б1п(ф) . Если предположить, что сила упругости введенной дополнительной связи в каждый момент времени равна по модулю и направлению составляющей Ях, то она возьмет на себя функцию горизонтальной составляющей силы тяжести. Модуль упругости этого элемента, выраженный через закон Гука, будет равен

р*1

Е= гйдр (2)

где Б = Г(ф), - сила растягивающая или сжимающая элемент, вычисляется на начало каждого шага расчета;

Б - площадь поперечного сечения элемента; 1 - длина элемента в состоянии равновесия ; Л1 = ^ф) -относительное удлинение элемента, вычисляется из

геометрического рассмотрения положения груза на начало каждого шага расчета.

Подставляя все переменные в формулу (2), получаем: с _пщ * БШСФ) * С05(ф) * 1

Ь = —I " -. (3)

(7(Ь + г * (1 - ««(ф)))2 + (Ь + г * зш(ф))2 -1) * В

Анализируя полученную функцию Е=^ ф ) необходимо отметить, что при приближении к нулю величины Е податливость узла (груз на гибком подвесе) неограниченно возрастает. Исходя из этого модуль упругости Е дополнительного элемента должен иметь начальное значение не равное нулю. Функция Е=Д ф ) должна быть сдвинута

относительно оси абсцисс на ДБ. Ее предлагается найти из статического рассмотрения следующим образом. При приложении к узлу, которым является груз на гибком подвесе, единичной силы Б по на правлению оси х груз отклонится от положения равновесия на угол ф

, причем Б будет равна равнодействующей Кх:

Б = ЯХ ; 1 = шв*5т(ф )*соб(Ф ); зт(ф )*со5(ф ) = 1/га§. (4)

В связи с малым углом отклонения ф , значением соб( ф )

можно пренебречь, тогда:

Лг

х

Рис.2.Расчетная динамическая схема груза на гибком подвесе с дополнительной связью.

8т(ф)=1/тё; Аг = г*зш(ф); АЕ = Б*1/8*Л2. (5)

Для уменьшения влияния раскачки груза на процесс движения, предложено использовать оттяжку груза. В первом варианте моделируется режим передвижения крана с грузом и преодоления отдельного препятствия без использования ограничителя перемещений груза. Во втором варианте оттяжка груза присутствует. В этом случае учет нелинейности восстанавливающих сил производится в той же последовательности. Учет реального модуля упругости оттяжки груза произво-

дится суммированием его с модулем упругости дополнительного элемента, так как восстанавливающая сила действует всегда. В результате получаем зависимость, учитывающую оба фактора на каждом шаге расчета. В случае, когда оттяжка груза представлена гибким элементом, в частности канатом, который работает только на растяжение, суммирование производится только на соответствующем участке траектории движения груза ( длина элемента N9 на шаге п больше длины элемента N9 на шаге п=0).

Таким образом, на начало каждого шага расчета в матрицу податливости вносятся изменения, произошедшие на предыдущем шаге расчета, учитывающие геометрические, жесткостные и массовые параметры конструкции.

В третьей главе приведены: методика и результаты экспериментальных исследований динамических нагрузок на стреловую конструкцию тракторного крана ТК-53 в режиме передвижения с грузом на гибком подвесе и преодоление отдельного препятствия заданной высоты. Приведены результаты сравнительного анализа экспериментальных и теоретических данных. Экспериментальные исследования динамических процессов, протекающих в стреловой конструкции мобильного тракторного крана ТК-53 при движении с грузом на крюке через отдельное препятствие, позволили решить следующие задачи.

1. По лучить статистические данные о характере нагружения стреловой конструкции при преодолении краном с грузом на крюке отдельного препятствия заданной высоты.

2.Определить действительные коэффициенты динамичности в подвеске стрелы, крюковой подвеске, поясах стрелы.

3.Сравнить теоретические результаты с экспериментальными.

4. Определить эффективность влияния гибкой оттяжки на снижение колебаний груза в плоскости подвеса.

В процессе испытаний проводилось исследование напряжений в поясах корневой секции стрелы, оттяжке стрелового полиспаста и крюковой подвеске. Исследуемые параметры одновременно регистрировались на ленту осциллографа шириной 120мм. Измерение напряжений в элементах металлоконструкций крана проводилось методом электротензометр ирования.

Испытания проводились при следующих режимах нагружения:

а)Подъем груза при номинальной скорости подъема груза.

б)Движение крана с грузом через препятствие высотой 20-40мм вперед и назад.

в)Движение крана с грузом через препятствие высотой 20-40мм вперед и назад с установленной гибкой оттяжкой груза.

Предварительный анализ показал, что процессы изменения напряжений в металлоконструкциях стрелы являются нестационарными. Характер изменения амплитуд поперечных колебаний для элементов по времени цикла различен, однако максимальные значения соответствуют для всех элементов моменту переваливания и удара шасси о твердое основание.

Обработка результатов показала, что оценки статистических характеристик - математическое ожидание, дисперсия, среднеквадратичное отклонение - процессов изменения напряжений в поясах корневой секции стрелы, полученные усреднением по времени для реализации, наращиваемой в длину от цикла к циклу, достаточно быстро стабилизируются с увеличением количества циклов. При достижении реализацией длины, равной 4-5 циклам, оценки статистических характеристик изменяются незначительно (до 2%). Процессы изменения суммарных напряжений в поясах стреловой конструкции распределены несимметрично. Существующие сдвиги по пикам напряжений в поясах стрелы различны по времени на протяжении практически всей реализации. Временной сдвиг колеблется в пределах от 0 до 0,2 сек. Исключение составляют два периода: перевалка через препятствие, когда нагрузки достигают своего пика, и период, когда машина съехала с препятствия и движется по относительно ровной поверхности.

Картина общих напряжений в конструкции отличается при движении крана назад (на груз) и вперед (от груза). Во втором случае наблюдается большая амплитуда раскачки груза. Это объясняется тем, что общий центр тяжести нагруженного крана смещается по направлению к грузу, вследствие чего перевалка шасси через препятствие произойдет несколько позже и с большей высоты. В этом случае имеет место большая вероятность опрокидывания машины назад. Это связано с тем, что раскачивающийся груз, находясь на максимальном удалении, увеличивает опрокидывающий момент.

В момент въезда , перевалки и съезда, т.е. в моменты когда стреловая конструкция получает извне относительно большие вертикальные перемещения, груз, имеющий одностороннюю жесткую связь в вертикальной плоскости, подлетает. Вследствие тех же причин подлетает и стрела крана. Прослабляются грузовой и канат стрелового полиспаста. В следующее мгновение, когда груз и стрела под действием силы тяжести устремляются вниз, происходит резкий рывок. Коэффициенты динамичности в этот момент, достигают значений 2,3-2,5

при движении крана назад (на груз) и 2,8-3,0 при движении крана вперед (от груза).

Графики спектральных плотностей сцентрированных процессов изменения суммарных напряжений при движении крана назад (на груз) имеют ярко выраженные 1-2 пика от 0,5 до 2,5 Гц с интервалом в 0,5 Гц и 1 пик в пределах от 4 Гц до 4,5 Гц, который может появиться в отдельно взятой реализации. Мощности процессов на более высоких частотах относительно невелики. Максимальную мощность имеет составляющая в интервале 0,8-1.5 Гц.

Обработка результатов записей в режиме преодоления краном препятствия при движении машины вперед (от груза) показала, что существующая зависимость распределения частот колебаний сместилась в более высокочастотную область, при этом низкочастотные пики снизились по мощности, а высокочастотные увеличились. Анализ реализаций процессов выявил, что данное явление происходит в результате резонанса колебаний стреловой конструкции и возмущений вызываемых наездом опорных роликов шасси на звено гусеничной цепи, находящееся на кромке препятствия. При средней скорости крана в 0,5-0,7м/сек частота наезда составляет 1,5-2 ролика в секунду.

Установка гибкой оттяжки снизила колебания груза в плоскости подвеса в 2-Зраза. Коэффициенты динамичности снизились и составили 1,9-2,2 при движении крана назад (на груз) и 2,4-2,7 при движении вперед (от груза). В режиме преодоления препятствия при движении назад (на груз) спектральные плотности сцентрированных процессов изменения суммарных напряжений по всем исследуемым сечениям имеют 3 значительно сглаженных пика на частотах от 1 до 3 Гц. Мощности процессов по- сравнению с двумя предыдущими режимами снизились примерно на 30%.

Анализ графиков по всем режимам нагружения показал, что колебания оголовка стреловой конструкции в вертикальной плоскости происходит с частотой близкой к 1 Гц. Кроме того сама стреловая конструкция имеет 2-3 формы колебаний. Пики на частотах выше 3 Гц появляются на этапе въезда на препятствие и являются по сути резонансной составляющей форм колебаний стреловой конструкции. Раскачка груза и его колебания в вертикальной плоскости значительно влияют на распределение напряжений в стреловой конструкции и мощность колебательных процессов. Установка оттяжки груза преследовала цель снизить это влияние, и как показали результаты эксперимента, такое решение приемлемо.

В четвертой главе предложена методика определения грузовых характеристик строительных машин для режимов передвижения с грузом на гибком подвесе (на примере самоходных стреловых кранов) и алгоритм поиска рациональных параметров подвески грузов различных масс и габаритных размеров.

Задача сводится к нахождению значений параметров Ь, р, Нгр, Еот (рис.3.) при заданной скорости движения машины V, массе груза ШГР и высоте препятствия В, обеспечивающих ненаступление следующих аварийных состояний:

1.Соударения груза и стрелы: ф >[ф]. (6)

2.Опрокидывание машины: к = МУд/М0ПР > [к]. (7)

3.Превышение суммарных напряжений возникающих в стреловой конструкции над допускаемыми: О; > [с^к, (8)

4.Подлет груза (вертикальное перемещение груза по оси грузового каната ): Ь < [Ь]. (9)

Исходя из цели исследования предложен следующий порядок нахождения области допустимых значений ЬГР, Нгр,Еот при введенных ограничениях по (6), (7), (8), и (9).

а)Разбиваегся на дискретный ряд параметр вылета оголовка стрелы.

б)Подстреловая область разбивается на дискретный ряд местоположений груза с шагом ДЬГР и ДНГР .

в)Исходя из условий эксплуатации назначается минимальное значение высоты преодолеваемого препятствия В, скорость движения машины V при этом назначается паспортной, минимально возможной. На начальном этапе модуль упругости дополнительной связи - оттяжки груза Еот равен единичному(2).

г)Для каждого местоположения груза производится динамический расчет стреловой конструкции.

д)Производится проверка ограничений (6),(7),(8), и (9) .Если значения ф , к, а1, Ь. вышли за границу допуска, то соответствующие расчетные положения груза исключаются из дальнейшего рассмотрения

е)Для оставшихся вариантов вновь производится динамический расчет, при этом скорость возрастает на Ду, после чего исключаются

из рассмотрения положения груза, которые не удовлетворяют ограничениям (6), (7), (8), и (9).

ж)На следующем этапе высота препятствия В увеличивается на А В и вычисления производятся вновь, при этом начальное значение скорости равно УМ1Н.

з) По достижении высоты препятствия В такого значения, при котором в первом приближении V = УМ1М для всех ложений груза в под-стреловой области хотя бы одно ограничение срабатычвает, завершается первая стадия расчета и начинается вторая с пункта в) предложенного алгоритма.

На рис.4, представлена грузовая характеристика (паспортная) тракторного крана ТК-53. На рис.5, представлены графики зависимостей максимально возможных высот препятствий от массы перемещаемого груза, имеющему габаритный диаметр 1м., при вылете груза равному вылету оголовка и равному Зм, высоте подъема груза равной уровню пяты стрелы, скорости перемещения шасси равной 2км/ч для вариантов а)с гибкой оттяжкой груза и б)жесткой оттяжкой груза. На рис.6, то же для вылета груза равному 4м., и на рис.7, для вылета груза равного 5м.

При установке жесткой оттяжки груза (рис.5а,6а,7а) определяющим ограничением является (7). При установке гибкой оттяжки груза (рис.56,66,76) для больших значений массы груза определяющим ограничением является (7), для малых значений массы груза определяющими выступают ограничения (6) и (9). В этой связи грузовые характеристики могут иметь седловые области.(рис. 5а.)

Вылет стрелы, м

Рис.4.Грузовая характеристика крана ТК-53 в режиме передвижения с грузом (паспортная).

а )движение осуществляется назад на груз с гибкой оттяжкой груза.

Вылвт оголоекя Зы Скорость двимеюю 2кн\ч.

б )движение осуществляется назад на груз с жесткой оттяжкой груза.

Вылет оголоах! Зм. Скорость двмиюмя

0.5 0.6 ОЛ 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

Грузоподъемность, т.

Рис.5.

Вылет оголовка 4м, Скорость движения 2км\ч

0.5 0.6 0.7 С.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 Грузоподъемность, т.

Вылет оголовка 4м Скорость дви>иы«я 2хм^

0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.Э 1.4 1.5 Грузоподъемность, т

Рис.6.

Вылет оголовка 5м Скорость движений

0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 Грузоподъемность, т

Вылет оголовка С*. Скорость движения 2кы\ч

0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 Грузоподъемность, т.

!.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 Грузоподъемность, т

Рис.7.

0.5 0.6

.3 1.4 1.5

В таблице 1 приведены сравнительные данные паспортной и расчетной грузоподъемности для режима передвижения с грузом на

крюке.

_ ____Таблица 1.

Вылет стрелы, м. 3 4 5

Грузоподъемность (паспортная), т. 2,25 1,5 1,2

Грузоподъемность (расчетная), т. 1,5 1,2 1,0

Необходимо отметить, что движение с грузом по паспортной грузовой характеристике возможно только по ровной площадке. При высоте неровностей 0,01м. и выше наступит аварийная ситуация. Расчетная грузовая характеристика для высот препятствий в 0,01м. устанавливает грузоподъемность (таблица 1) и способ подвески с гибкой оттяжкой груза, исключающую возникновение аварийной ситуации

Грузовые характеристики на рис.5,6,7. вычислены для конкретного крана ТК-53 и значений ограничений по (6),(7),(8),(9). Они являются результатом разработанной методики определения грузовых характеристик самоходных стреловых кранов для режимов передвижения с грузом.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ РАБОТЫ

1.Проведенный анализ дефектов стреловых тракторных кранов АО «Томскнефть» и условий их эксплуатации при обустройстве нефтегазовых месторождений выявил, что большинство дефектов возникает вследствие наступления аварийных ситуаций в режиме перемещения крана с грузом. Во время передвижения с грузом на крюке стреловые краны вынуждены преодолевать препятствия в виде отдельных возвышений и впадин, параметры которых имеют случайных характер и могут меняться в течении рабочей смены, особенно в весенний и осенний периоды.

2.Отсутствие нормативных инструкций, регламентирующих эксплуатацию стреловых кранов в режимах перемещения с грузом, приводит к аварийным ситуациям, таким как раскачка груза с последующим соударением его со стреловой конструкцией, опрокидыванием машины вследствие потери грузовой устойчивости, к подлетам груза с возможным срывом его с грузозахватного приспособления.

3.Существующие грузовые характеристики (паспортные) мобильных стреловых кранов не отвечают требованиям безопасной эксплуатации крана в режиме передвижения с грузом в условиях реаль-

ных строительных площадок Западно-Сибирского промыслового бездорожья.

4.Разработана методика динамического расчета стреловой конструкции мобильного крана и груза на гибком подвесе методом нормальных форм колебаний для режима передвижения крана с грузом.

5.Сравнительный анализ результатов экспериментального исследования динамических нагрузок на стреловую конструкцию тракторного крана ТК-53 с расчетными, показал их удовлетворительную сходимость. Достаточная точность для инженерных расчетов достигается при задании двух-массовой динамической расчетной схемы стреловой конструкции с четырьмя степенями свободы.

6.Разработана методика определения грузовых характеристик строительных машин для режимов передвижения с грузом на гибком подвесе (на примере самоходных стреловых кранов) и алгоритм поиска рациональных параметров подвески грузов различных масс и габаритных размеров.

7.Установка гибкой оттяжки груза позволяет в 2-3 раза уменьшить угол отклонения грузового каната от вертикали в процессе движения крана и переваливания его через отдельно взятое препятствие, а также снизить значения суммарных напряжений в стреловой конструкции на 15%-18%.

8.При перемещении крана с грузом на крюке по поверхности имеющей значительные неровности, предпочтительнее движение на груз, так как в этом случае динамические нагрузки на 6%-8% меньше, чем при движении от груза.

• 9.Разработанные методики динамического расчета и построения грузовых характеристик реализованы на ЭВМ в виде программного комплекса "ОСКАР", что позволяет в условиях эксплуатирующих организаций нормировать грузовые характеристики и давать практические рекомендации по проектам производства различных видов работ для конкретных условий эксплуатации.

10.Экономический эффект от внедрения результатов настоящей работы складывается из ряда показателей, основными из которых являются снижение затрат на внеплановые ремонты и связанные с ним простои техники.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1 .Моделирование конструкций мобильных кранов. /Попов М.Ю, Сборник тезисов докладов научно - технической конференции .Новосибирская госуд. акад. строит. - Новосибирск, 1995.с.76-77.

2.Отчет по НИР «Научные основы создания комплекса навесного оборудования на базе тракторов для механизации работ в строительстве и коммунальном хозяйстве» Р.Г.№ 01950000040, Инв.№ 02960000204 В ТГАСУ, 1995г. с.20

3.Особенности эксплуатации стреловых самоходных кранов в условиях промыслового бездорожья Западной Сибири. /Михайлов Л.К., Попов М.Ю.; Томск. Гос.архит.строит.акад.-Томск, 1997.-10с,-Библиог.2.наим. Рус. Деп. в ВИНИТИ 24.04.97, № 1385-В97.

4.Мбделирование мобильных стреловых кранов методом нормальных форм колебаний. /Михайлов Л.К., Попов М.Ю.; Томск. Гос.архит.строит.акад.-Томск, 1997.-14с.-Библиог.5.наим. Рус. Деп. в ВИНИТИ 16.05.97, >|о 1626-В97.

5.Моделирование конструкций экскаваторов и кранов при динамическом нагружении. /Михаилов Л.К., Полянский Е.С., Попов М.Ю., Торицин Л.О., Цап Ф.В. Сборник тезисов докладов научно -технической конференций .Новосибирская госуд. акад. строит. - Новосибирск, 1997.с.83-84.

Подписано в печать 15.10.1997. Тираж 100 Экз. Заказ №263.

Ризограф ТГАСУ.