автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Совершенствование механизма подъема груза строительного стрелового самоходного крана с гидравлическим приводом

Введение

Глава I. Состояние вопроса и задачи исследований

1.1. Механизм подъема груза строительных стреловых самоходных кранов с гидроприводом и его параметры

1.2. Режимы нагружения и нагрузки, действующие на механизм подъема груза

1.3. Анализ работ по исследованию механизма подъема груза с гидроприводом

1.4. Задачи исследований

Выводы по главе .,.

Глава 2. Исследование .влияния тормозного клапана на статические характеристики механизма

2.1. Определение хода регулирования золотника распределителя

2.2. Анализ тормозных клапанов

2.3. Расчетные зависимости для определения статических характеристик механизма при опускании груза

2.4. Статические характеристики механизма при опускании груза.

Выводы по главе.

Глава 3. Анализ расчетной схемы механизма подъема груза для исследования динамических нагрузок

3.1. Определение частоты колебаний давления жидкости в трубопроводах 3.2. Определение времени перемещения золотника распределителя с сервоуправлением

3.3. Амплитудно-частотные характеристики тормозного клапана

3.4. Анализ тормоза и обратного клапана

-3- Стр.

3.5. Частотные характеристики крана

3.6. Анализ частотных характеристик элементов гидросистемы и крана

Выводы по главе

Глава 4. Теоретическое исследование динамических нагрузок в гидросистеме механизма подъема груза

4.1. Расчетная схема механизма подъема груза

4.2. Исследование динамических нагрузок в гидросистеме, возникающих при включении механизма с разомкнутым тормозом на подъем,опускание свободно висящего груза и его остановке

4.3. Влияние сжимаемости жидкости на величину динамических нагрузок

4.4. Исследование влияния тормоза на динамические нагрузки в гидросистеме

4.5. Влияние тормозного клапана на динамические нагрузки в гидросистеме

Выводы по главе

Глава 5. Экспериментальные исследования гидросистемы механизма подъема груза

5.1. Обоснование выбора измеряемых параметров при экспериментальных исследованиях

5.2. Измерительная аппаратура и оценка точности измеряемых параметров

5.3. Обработка экспериментальных данных с помощью ЭВМ.

5.4. Исследование регулировочных и механических характеристик

5.5. Исследование динамических нагрузок в гидросистеме при подъеме груза грузоподъемностью от 25 до 100 т на специальном шасси автомобильного типа.

Экономический эффект от внедрения результатов исследований в народном хозяйстве достигается за счет увеличения скорости подъема и опускания крюка и составляет от 3080 до 'BG07 рублей в год на одну машину в зависимости от ее грузоподъемности.

- 4 - Стр.

5.6. Исследование динамических нагрузок в гидросистеме при опускании груза

5.7. Исследование работы гидросистемы при опускании груза на посадочных скоростях

Выводы по главе

Глава б. Рекомендации производству по совершенствованию механизма подъема груза с гидроприводом.

6.1. Рекомендации производству по применению гидроэлементов механизма

6.2. Рекомендации производству по выбору параметров гидравлической системы.-^

6.3. Реализация результатов исследований в промышленности .-^О

Выводы по главе

В качестве главной задачи одиннадцатой пятилетки партия выдвигает обеспечение дальнейшего роста благосостояния советских людей на основе устойчивого, поступательного развития народного хозяйства, ускорения научно-технического прогресса и перевода экономики на интенсивный путь развития, более рационального использования производственного потенциала страны, всемерной экономии всех видов ресурсов и улучшении качества работы. "Большие возможности - отмечено в отчетном докладе ЦК КПСС ХХУ1 съезду /I/ - открывает улучшение использования производственных мощностей - машин, оборудования, транспортных средств. Сокращение простоев, повышение коэффициента сменности, создание технологических схем, сберегающих энергию и материалы, - вот на чем предстоит сосредоточить усилия".

Оснащение стреловых самоходных кранов гидроприводом является одним из наиболее эффективных средств повышения их технико-экономических и эксплуатационных качеств /2/ благодаря установке телескопических стрел с жесткой подвеской, механизированных выносных опор, уменьшению количества механических передач, повышения удобства управления и технического обслуживания.

Освоение серийного производства гидравлических кранов заводами Минстройдормаша начато в 1974 г. В настоящее время производятся стреловые самоходные краны с гидравлическим приводом на автомобильном шасси и специальном шасси автомобильного типа грузоподъемностью от 6,3 до 100 т /3/, суммарный годовой выпуск которых составляет около 5 тыс.штук /4/. В перспективе грузоподъемность гидравлических кранов увеличится до 1000 т/5/. Интенсивное внедрение гидропривода в области краностроения требует тщательного анализа принятых решений и устранения отдельных недостатков, выявленных в процессе исследований работы кранов в условиях эксплуатации.

Механизм подъема груза является одним из основных механизмов, а его параметры оказывают существенное влияние на эксплуатационные качества крана в целом. Целью настоящих исследований является совершенствование механизма подъема груза строительных стреловых самоходных кранов с гидравлическим приводом и разработка практических мероприятий, направленных на дальнейшее повышение его технико-экономических и эксплуатационных качеств.

Исследования проводились в соответствии.с планом рабочих групп по совершенствованию конструкций стреловых самоходных кранов грузоподъемностью 25 т и 40 т на специальном шасси с гидравлическим приводом, предусмотренных Соглашением между Минстройдормашем СССР и Мин-машпромом ПНР от 31 мая 1975 г.,а также целевой комплексной программой работ по дальнейшему повышению технического уровня и единичной мощности автомобильных кранов ПО "АВТОКРАН" в период I98I-I985 гг.

Основными параметрами механизма подъема груза с гидравлическим приводом, определяющими его эксплуатационные качества, являются рабочее давление в гидросистеме и скорость вращения вала гидромотора. Выбор параметров должен производиться с учетом конструктивных особенностей кранов и условий эксплуатации. Проведенный анализ предшествующих работ показал, что наиболее полно рассмотрены вопросы теории и расчета механизма подъема груза с гидроприводом с замкнутой циркуляцией жидкости и с разомкнутой циркуляцией жидкости с регулятором давления. В строительных стреловых самоходных кранах широкое применение получил гидропривод с разомкнутой циркуляцией и регулированием скорости путем дросселирования жидкости в проточном канале распределителя. Исследованию особенностей механизма подъема груза с гидроприводом этого типа и посвящена настоящая работа.

В процессе исследований было определено влияние тормозного клапана на статические характеристики механизма подъема груза,в результате анализа частотных характеристик крана и элементов гидравлической системы установлена причина возникновения незатухающих колебаний при опускании номинального или близкого к нему по величине груза на посадочных скоростях, произведена оценка влияния на величину динамических нагрузок в гидравлической системе момента внешней нагрузки, момента инерции гидромотора и приведенных к нему вращающихся масс, времени перемещения золотника распределителя и плунжера гидроразмыкателя тормоза, а при опускании груза и параметров тормозного клапана.

Проведенные исследования позволили разработать практические рекомендации, направленные на снижение динамических нагрузок в механизме подъема груза строительных стреловых самоходных кранов с гидравлическим приводом, более обоснованно подойти к выбору его параметров и определению ресурса. Выявлены резервы, позволяющие повысить производительность крана за счет увеличения скорости подъема и опускания крюка.

На защиту выносятся: результаты исследования влияния тормозного клапана на статические и динамические характеристики механизма при опускании груза; расчетные зависимости для определения динамических нагрузок в гидравлической системе при различных режимах наг-ружения; рекомендации промышленности по применению гидроэлементов, выбору основных параметров, направленные на повышение технико-экономических показателей, строительных стреловых самоходных кранов.

Результаты исследований доложены на секции НТС стреловых самоходных кранов ВНИИСтройдормаш, НТС ГСКБ тяжелого краностроения ПО "Завод им. Январского восстания", СКГБ краностроения ПО "АВТОКРАН" и LX конференции МАДИ. Основные результаты исследований опубликованы в печати /6-9/ и использованы ВНИИСтройдормашем, СКТБ краностроения и ГСКБ тяжелого краностроения при создании и модернизации гидравлических кранов грузоподъемностью 12 т на шасси автомобиля и

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования механизма подъема груза с гидроприводом с разомкнутой циркуляцией и регулированием скорости путем дросселирования жидкости в проточном канале распределителя позволяют сдедать следующие выводы:

1. На регулировочные и механические характеристики механизма при опускании груза оказывает влияние тормозной клапан. Наиболее жесткие механические характеристики и стабильный ход регулирования золотника распределителя обеспечивает тормозной клапан с управлением от подводящей линии гидромотора.

2. Величина пиковых .:;.: давлений в гидросистеме, возникающих при включении и выключении механизма, практически прямо пропорциональна моменту внешней нагрузки, моменту инерции гидромотора и приведенных к нему вращающихся масс, и обратно пропорциональна времени перемещения золотника распределителя в зоне регулирования и коэффициенту полезного действия механизма. На величину пиковых давлений оказывают влияние также время размыкания тормоза, а при опускании груза и параметры тормозного клапана.

3. Применение дисковых тормозов, обладающих достаточным быстродействием и незначительным моментом инерции по сравнению с ленточными тормозами, способствует уменьшению пиковых давлений в гидросистеме при резком включении механизма. При торможении механизма замыкание тормоза должно осуществляться с задержкой по времени,что может быть достигнуто путем установки в линии управления гидроразмыкателем тормоза дросселя в сочетании с обратным клапаном, предназначенным для свободного прохода жидкости при растормаживании вала гидромотора. Давление управления тормозом должно быть минимальным.

4. Причиной возникновения незатухающих колебаний при опускании номинального или близкого к нему по величине груза на посадочной скорости является совпадение частоты колебаний давления жидкости в подводящей линии гидромотора и колебаний массы крана, обусловленных податливостью механической системы. Амплитуда колебаний зависит от величины предварительного сжатия пружины запор-но-регулирующего элемента тормозного клапана и коэффициента демпфирования. Увеличение предварительного сжатия пружины и коэффициента демпфирования приводит к уменьшению амплитуды колебаний.

5. Величина предварительного сжатия пружины запорно-регулирующего элемента тормозного клапана должна обеспечивать устойчивую работу механизма при опускании номинального груза на посадочной скорости и минимальные пиковые давления при включении механизма. Определение величины предварительного сжатия целесообразно производить с помощью графо-аналитического способа.

6. Наиболее эффективным способом уменьшения динамических нагрузок в гидросистеме является применение распределителей с гидравлическим сервоуправлением, позволяющим регулировать время перемещения золотника независимо от интенсивности включения рукоятки блока управления, и распределителей с регулятором давления.

7. При разработке принципиальной схемы, когда исходные данные, необходимые для расчета переходных процессов с помощью ЭВМ, не могут быть установлены с достаточной степенью точности, использование полученных в настоящей работе зависимостей дает возможность более обоснованно подойти к выбору параметров гидросистемы механизма.

8. Разработаны практические рекомендации, направленные на совершенствование механизма подъема груза строительных стреловых самоходных кранов с гидравлическим приводом и повышение его технико-экономических показателей. Экономический эффект в народном хозяйстве достигается за счет повышения скорости подъема и опускания крюка, производительности крана и составляет от 3080 до '8007 рублей в год на одну машину в зависимости от ее грузоподъемности.

1. Материалы ХХУ1 съезда КПСС, М., Политиздат, 1981 с.223

2. Смирнов О.А. Особенности развития гидравлических самоходных кранов. Обзорная информация. М., ЦНИИТЭстроймацг 1979 г., с. 43

3. Панкрашкин П.В., Невзоров Л.А. и Смирнов О.А. Стреловые самоходные и башенные краны, М., Строительные и дорожные машины, 1981 г., № 5 с.13-16

4. План экономического и социального развития строительного, дорожного и коммунального машиностроения на 1983 г., с.81-83

5. Панкрашкин П.В., Суворова Н.П."0 выборе перспективного типа привода стреловых самоходных кранов". Труды ВНИИстройдормаш, 1980 г. вып.89,с.3-12

6. Савельев В.П., Иванов В.Е., Смирнов О.А. Исследование работы тормозного клапана в гидроприводе грузовой лебедки. Труды ВНИИстройдормаш, 1980 г. вып.89-,с.33-39

7. Савельев В.П., Иванов В.Е., Смирнов О.А. Теоретическое исследование характеристик гидропривода грузовой лебедки с тормозным клапаном. Труды ВНИИстройдормаш, 1981 г., вып.92, с.8-13

8. Смирнов О.А., Савельев В.П. Определение времени полного пере-, мещения золотников распределителей с сервоуправлением. М., Строительные и дорожные машины, 1981 г., № 7, с.20-21

9. Савельев В.П., Смирнов О.А., Зайцев Л.В. Исследование динамических нагрузок в гидроприводе механизма подъема груза. М., Строительные и дорожные машины, 1982 г., Р II, с.19-20

10. Зайцев Л.В., Полосин М.Д. Автомобильные краны. М., Высшая шко-ia, 1974 г., с.327

11. ГОСТ 22827-77. Краны стреловые самоходные общего назначения. Технические условия. Издательство стандартов 1978 г., с.16

12. Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов, М., Металлургия, 1978 г., с.171

13. Зайцев А.В., Смирнов О.А., Куликов А.П., Филиппов В.И. Гидравлические стреловые автомобильные краны. М., Строительные и дорожные машины, 1973 г., № 9, с.16-19

14. Куликов А.П., Дроздов В.И. и др. Гидравлический автомобильный кран KC-457I. М., Строительные и дорожные машины, 1976 г., № 9, с.2-4

15. Смирнов О.А., Кольцов И.Е. и Вдовина Т.С. Гидравлические стреловые самоходные краны фирмы Kato /Япония/. М., Строительные и дорожные машины. 1976 г., № 7, с.14-16

16. Пахомов И.Ф., Филоненко А.В. и др. Гидравлический стреловой самоходный кран KC-747I. М., Строительные и дорожные машины, 1980 г., № I, с.4-6

17. Кабаков М.Г., Гаубих В.И., Познянский Г.И. и Скоквн А.И. Аксиально-поршневые насосы для объемных гидропередач строительных и дорожных машин. М. ,ЦНИИТЭстроймаш, 1969-г., с.70

18. Гречин Н.К. и др. Гидравлическое оборудование для гидроприводов строительных, дорожных и коммунальных машин. Каталог-справочник. М.,ЦНИИТЭстроймаш, 1978 г., с.468

19. Расчетно-пояснительная записка к техническому проекту крана KC-357I, Иваново, ГСКБ краностроения, 1972 г., ч.2, с.180

20. Расчетно-пояснительная записка к техническому проекту крана KC-647I., Одесса, ГСКБ тяжелого краностроения, 1973 г., с.198

21. Вайнсон А.А. Строительные краны. М., Машиностроение, 1969г.,с. 488- 15724. Волков Д.П. Динамика и прочность одноковшовых экскаваторов, М., Машиностроение, 1965 г., с.463

22. Комаров М.С. Динамика грузоподъемных машин. М., Машгиз, 1969 г., с.296

23. Улитенко И.П. Исследование характеристик эксплуатационной нагруженности механизмов автомобильных кранов. М., Строительные и дорожные машины, 1973 г., № 8, с,34-36

24. Улитенко И.П. Исследование и разработка методики расчета режимов нагружения строительных автомобильных кранов. Диссертация. М., 1982 г., с.178

25. Тимин Ю.Ф., Улитенко И.П., Зайцев JI.B. Автомобильные краны и влияние их параметров на распределение эксплуатационных нагрузок. М. ,. ЦНИИТЭстроймаш 1978 г., с.64

26. Исаков Э.Н., Харас З.Б., Баталин Г.А. Режим эксплуатации механизма подъема груза стреловых самоходных кранов грузоподъемностью 25 т и более. М., Строительные и дорожные машины. 1981 г. № 8, с.21-23

27. Исследование нагрузок в элементах крана KC-257I в грузовом и транспортном режимах. Отчет по теме ВНИИстройдормаш, М., 1974 г., книга 2, с.19-29

28. Исследование работы гидравлических кранов в условиях эксплуатации. Отчет по теме KC-II39, ВНИИстройдормаш., М., 1975 г., с.50

29. Глушко М.Ф. Стальные подъемные канаты, Киев. Техника,1960г.,с. 327

30. Дукельский А.И. Методика расчета крановых клапанов на долговечность. Стальные канаты, Киев. Техника, 1968 г., вып.5

31. Волков Д.П., Крайнев А.В. Волновые зубчатые передачи. Киев, Техника, 1968 г., с.227

32. Волков Д.П., Крайнев А.В. Планетарные, волновые и комбинированные передачи строительных и дорожных машин. М., Машиностроение, 1968 г., с.270- 45836. Александров М.П. Тормоза подъемно-транспортных машин. М., Машиностроение. 1976 г., с.383

33. Борисов С.М. Фрикционные муфты и тормоза строительных и дорожных машин. М., Машиностроение, 1978 г., с.168

34. Зайцев JI.B., Одинцов Ю.И., Фиников Г.И. Стреловые самоходные краны на короткобазовом шасси. М., ЦНИИТЭстроймаш, 1978 г., с.55

35. Невзоров JI.A. и др. Башенные краны. М., Машиностроение, 1979 г., с.296

36. Невзоров JI.A. Основные направления работ по унификации механизмов башенных кранов. Труды ВНИИстройдормаш, 1979 г., вып.76, с.3-10

37. Сигал Я.Б., Толпин А.Э. Многоскоростные грузовые лебедки башенных кранов. М., ЦНИИТЭстроймаш, 1974 .г., с.58

38. Григорьев Н.И. Нагрузки кранов M.-3L, Машиностроение, 1969г.,с. 166

39. Шефлер М. и др. Основы расчета и конструирования подъемно-транспортных машин. Сокращенный перевод с немецкого под ред.Абрамовича И.И. М., Машиностроение, 1980 г., с.253

40. Башта Т.М. и др. Объемные гидравлические приводы. М., Машиностроение, 1968 г., с.628

41. Гамынин Н.С. Основы следящего привода. М., Оборонгиз,1967г.,с.293

42. Лещенко В.А. Гидравлический следящий привод М., Машиностроение, 1968 г., с.564

43. Прокофьев В.Н. Динамика гидропривода. М., Машиностроение, 1972 г., с.289

44. Прокофьев В.Н., Казмиренко В.Ф. Проектирование и расчет автономных приводов., М., Машиностроение, 1978 г., с.232

45. Хаймович Е.М. Гидропривод и гидроавтоматика станков. М., Машгиз, 1959 г., с.553-45950. Алексеева Т.В. Гидропривод и гидроавтоматика землеройно-тран-спортных машин. М., Машиностроение, 1966 г., с.146

46. Беркман И.Л., Буланов А.А., Раннев А.В., Рустанович А.В., Скворцов Г.С., Смирнов О.А. Одноковшовые экскаваторы и самоходные краны с гидравлическим приводом, М., Машиностроение 1971 г., с.304

47. Савин И.Ф. Гидравлический привод строительных машин. М., Стройиздат, 1974 г.

48. Самусенко М.Ф. Гидропривод тяжелых грузоподъемных машин и самоходных агрегатов. М., Машиностроение, 1968 г., с.264

49. Беренгард Ю.Г., Гайцгори М.М. Синтез уравнений произвольных систем гидропривода на ЭВМ. Труды ВНИИстройдормаш 1977 г., вып.75, с.19-29

50. Васильченко В.А., Додин М.Г., Кабаков М.Г. Повышение ресурсов аксиально-поршневых насосов и гидромоторов, М., Строительные и дорожные машины, 1981 г. № 5, с.23-25

51. Васильченко В.А. и др. Техническая диагностика гидравлического оборудования строительных, дорожных и коммунальных машин, М., ЦНИИТЭстроймаш, 1979 г., сер.II, вып.2, с.47

52. Левитский Н.И., Цуханова Е.А. Расчет управляющих устройств для торможения гидроприводов, М., Машиностроение, 1971 г., с.231

53. Лейко B.C. Объемные гидропередачи на строительных и дорожных машинах, ЦИАМТ и АН, серия 3. М., 1963 г., с.143

54. Кошеленко Г.А., Пасынков Р.И. Оценка долговечности аксиально-поршневых насосов и гидромоторов на стадии проектирования гидропривода машин. Пневматика и гидравлика. Приводы и системы управления, М., Машиностроение, вып.5, 1978 г., с.262-265

55. Лысенко B.C. Расчет гидропривода при случайной нагрузке. Гидропривод и гидроавтоматика, М., 1979 г. № 15, с.17-22

56. Тарко A.M. Переходные процессы в гидравлических механизмах. М., Машгиз, 1973 г., с.164

57. Considerations en marge de 25 ans de developpement des transmissions hydrostatiques, RGT, novembre 1979, p.101-109

58. RucKgauer N, Hydraulische Windenautriebe im Krandau,Fluid, Heli, 1977, p.26-29

59. Kosmos crane Co 725 CM, Poclain PPV hydraulic cranes. Cranes today, 1979, x 79, p 45-54

60. Есимацу X. Гидропривод телескопических автокранов. Перевод с японского, статьи из журнала Юацу гидзюцу, 1979, т.17 № 12, с.25

61. Гидросистемы подъемных кранов. Обзор. Перевод с английского БП 81-14240, М., ЦНИИТЭстроймаш, 1981 г. , с.61

62. Климек Г. Гидрообъемные механизмы подъема в многоконтурных системах самоходных кранов, перевод с немецкого БП-79, I29I5, М., ЦНИИТЭстроймаш, 1979 г., с.23

63. Колесник К.К. Исследование динамики механизма подъема груза с гидравлическим приводом. Диссертация. М., 1968 г., с.168

64. Маркин А.Ф. Устойчивость обратного управляемого клапана. Труды ВНИИстройдормаш, М., 1969 г., вып.хъу, с.70-77

65. Ромашкин М.Б. Исследование работы гидропривода с объемным регулированием в тормозном режиме. Труды ВНИИПТмаш, М., 1963 г., вып.8/40/, с.27-35

66. Ромашкин М.Б. Исследование гидропривода механизма подъема груза при установившемся режиме работы. Труды ВНИИПТмаш, М., 1967 г., вып. 3/76/, с.14-23

67. Смирнов О.А., Савельев В.П. Исследование регулировочных характеристик гидроприводов грузовых лебедок стреловых кранов. Труды ВНИИстройдормаш. М., 1977 г. №76, с.35-44

68. Смирнов О.А., ВдовинаТ.С., Савельев В.П. Гидравлический привод стреловых самоходных кранов. Обзорная информация. ЦНИИТЭстроймаш, М., 1977 г., с.55

69. Пановко Я.Г. Введение в теорию механических колебаний, Наука , М., 1977 г., с.233

70. Техническое описание и инструкция по эксплуатации крана KC-257I. Дрогобычский завод автокранов. Дрогобыч, 1977 г., с.105

71. Техническое описание и инструкция по эксплуатации крана KC-457I с высокомоментными гидромоторами. Камышинский крановый завод, Камышин, 1978 г., с.177

72. Техническое описание и инструкция по эксплуатации крана КС-5472. Одесский завод тяжелого краностроения им.Январского восстания, Одесса, 1977 г., с.196

73. Зайдель А.Н. Элементарная оценка ошибок измерений, Наука, Л, 1967 г., с.88

74. Савельев В.П. и др. Тормозной клапан. А.С. № 457661, Бюллетень № 3, 1978 г., с.3

75. Беренгард Ю. Г., Гайцгори М.М., Кабаков М.Г. К оценке динамических характеристик предохранительных клапанов прямого и непрямого действия. Пневматика и гидравлика. Приводы и системы управления вып.8, М., Машиностроение, 1981 г., с.122-129