автореферат диссертации по транспорту, 05.22.19, диссертация на тему:Выравнивание нагрузок в грузовых канатах кранов при подъеме груза спаренными кранами

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА

0055341и*

На правах рукописи

Раскатов Александр Валерьевич

ВЫРАВНИВАНИЕ НАГРУЗОК В ГРУЗОВЫХ КАНАТАХ КРАНОВ ПРИ ПОДЪЕМЕ ГРУЗА СПАРЕННЫМИ КРАНАМИ

Специальность 05.22.19 - Эксплуатация водного транспорта, судовождение

АВТОРЕФЕРАТ на соискание ученой степени кандидата технических наук

3 ОКТ 2013

Москва-2013

005534109

Работа выполнена в Московской государственной академии водного

транспорта

Научный руководитель:

Научный консультант:

Официальные оппоненты:

кандидат технических наук Терехов Андрей Михайлович

доктор технических наук, профессор [ Гаранин Николай Петрович |

доктор технических наук, профессор Подобед Виталий Александрович

Ведущая организация:

кандидат технических наук, доцент Катрюк Игорь Сергеевич

ФГБОУ ВПО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова»

Защита состоится «.23 » октября 2013 года в часов минут на заседании диссертационного совета Д223.006.01 при Московской государственной академии водного транспорта по адресу: 117105, г. Москва, Новоданиловская набережная, д. 2, корп. 1, аудитория ЗЬ £.

С диссертаций можно ознакомиться в библиотеке МГАВТ.

Автореферат разослан « ^Р » сентября 2013 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, ^

кандидат технических наук ^ В.А. Зябров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Потребность перегрузки тяжеловесных грузов возникает в ряде случаев на причале, слипе, цехе. При эксплуатации водного транспорта, подъем груза спаренными кранами используют для поднятия судов на понтоны для ремонта или отстоя и при перегрузке тяжеловесных грузов с судна на судно и с судна на берег. Это могут быть крупнотоннажные контейнеры, строительные блоки и конструкции, единицы оборонной техники, плавсредства (понтоны, мелкие суда, плавающие платформы), тяжеловесное оборудование (станки, специальные машины), монтажные элементы, слябы (металлургические) и другое.

Вопрос перегрузки тяжеловеса может быть решен за счет создания единичного специального подъемного устройства повышенной грузоподъемности. Но вследствие редкости перегрузки тяжеловеса и отсутствия во многих случаях возможности по времени привлечь «со стороны» грузоподъемную машину повышенной грузоподъемности, на практике часто рассматривается вариант применения двух кранов при их спаренной работе.

Перераспределение нагрузки от силы тяжести груза при работе одновременно двух кранов может привести к перегрузке кранов или их аварии. Поэтому на первое место при перегрузке тяжеловесов спаренными кранами ставится не производительность, а безопасность людей и работ.

Безопасная работа спаренных кранов достигается равномерным распределением нагрузок от силы тяжести груза на краны на протяжении всего подъема, что в настоящее время выполняется за счет визуального контроля за горизонтальностью груза и вертикальностью грузовых канатов. Несоблюдение данного условия может привести к аварии и повлиять на безопасность людей и работ.

Предлагаемый в данной диссертационной работе критерий быстроты выравнивания нагрузок на краны, при подъеме груза спаренными портовыми портальными кранами с одинаковыми эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, без балансирной траверсы, с расположением центра тяжести груза посередине между точками зацепки этого груза, и, предлагаемая разработанная принципиальная схема устройства для автоматического выравнивания нагрузок на спаренные портовые портальные краны, как с одинаковыми, так и с разными эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, при подъеме груза без балансирной траверсы, с любым расположением центра тяжести этого груза, обеспечивают безопасность проведения подобных работ, что и определяет актуальность темы.

Научной задачей, решаемой в диссертационной работе, является разработка комплекса мер, необходимых для выравнивания нагрузок на краны, при подъеме груза спаренными кранами одинаковой конструкции, без балансирной траверсы, с расположением центра тяжести груза посередине между точками зацепки этого груза, с учетом работы кранов на одинаковых вылетах стрелы и при штиле, а также комплекса мер, необходимых для выравнивания

нагрузок на краны, при подъеме груза спаренными кранами разной конструкции, без балансирной траверсы.

Объект исследования. Эксплуатационно-технические характеристики и конструктивные особенности портовых портальных кранов при их спаренной работе.

Предмет исследования. Распределение нагрузок на краны с одинаковыми эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, при подъеме груза с центром тяжести посередине, без балансирной траверсы, с учетом работы кранов на одинаковых вылетах стрелы и при штиле, а также распределение нагрузок на краны, как с одинаковыми, так и с разными эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, при любом расположении центра тяжести груза, без балансирной траверсы.

Цель исследования:

1) разработка предложений по достижению выравнивания нагрузок на краны при подъеме одного груза спаренными портовыми портальными кранами с одинаковыми эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, без балансирной траверсы, при подъеме груза с расположением центра тяжести посередине между точками зацепки этого груза, с учетом работы кранов на одинаковых вылетах стрелы и при штиле;

2) разработка математически обоснованного и экспериментально подтвержденного устройства для автоматического выравнивания нагрузок на краны при работе спаренными портовыми портальными кранами, как с одинаковыми, так и с разными эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, при любом расположении центра тяжести груза, без балансирной траверсы.

Достижение цели исследования реализуется путём решения ряда научных задач.

Задачи исследования:

1) разработать математическую модель подъема груза спаренными портовыми портальными кранами с одинаковыми эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, и доказать возможность самостоятельного выравнивания нагрузок на краны от силы тяжести груза, центр тяжести которого располагается посередине между точками зацепки этого груза, с учетом работы кранов на одинаковых вылетах стрелы и при штиле;

2) определить зависимость для нахождения критерия быстроты выравнивания нагрузок на краны от силы тяжести груза (центр тяжести груза находится посередине между точками зацепки груза), при подъеме этого груза спаренными портовыми портальными кранами с одинаковыми эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, без балансирной траверсы, с учетом работы кранов на одинаковых вылетах стрелы и при штиле;

3) получить зависимость для определения требуемой частоты напряжения, необходимой для выравнивания нагрузок на краны, при подъеме груза спаренными портовыми портальными кранами, как с одинаковыми, так и с разными эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, без балансирной траверсы, с частотным регулированием скорости подъема груза, при любом расположении центра тяжести груза;

4) разработать принципиальную схему устройства для автоматического выравнивания нагрузок на спаренные портовые портальные краны, как с одинаковыми, так и с разными эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, с частотным регулированием скорости механизма подъема груза, с использованием полученной теоретической зависимости для определения требуемой частоты напряжения.

Методы исследования. При решении задач, поставленных в диссертационной работе, использованы методы математического анализа: дифференциальное и интегральное исчисление, вычислительная математика; методы теоретической механики: статика, динамика; методы компьютерного моделирования физических процессов в среде МАТЬАВ-81МиЬШК.

Научная новизна работы:

1) теоретически доказана возможность самостоятельного выравнивания нагрузок на краны при подъеме груза спаренными портовыми портальными кранами с одинаковыми эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, без балансирной траверсы, с расположением центра тяжести груза посередине между точками зацепки этого груза, с учетом работы кранов на одинаковых вылетах стрелы и при штиле;

2) предложен критерий оценки быстроты выравнивания нагрузок на краны для случая подъема груза спаренными портовыми портальными кранами с одинаковыми эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, без балансирной траверсы, с расположением центра тяжести груза посередине между точками зацепки этого груза, с учетом работы кранов на одинаковых вылетах стрелы и при штиле; при соблюдении данного критерия в пределах не ниже допустимого значения, подъем груза спаренными кранами будет происходить с самостоятельным выравниванием нагрузок на краны;

3) разработана зависимость для определения требуемой частоты напряжения, необходимой для выравнивания нагрузок на спаренные портовые портальные краны, как с одинаковыми, так и с разными эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, с частотным регулированием скорости подъема груза, при любом расположении центра тяжести груза;

4) разработана принципиальная схема устройства для автоматического выравнивания нагрузок на спаренные портовые портальные краны, как с одинаковыми, так и с разными эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, с частотным регулированием скорости подъема груза, при любом расположении центра тяжести этого груза.

Теоретическая значимость работы:

1) разработана математическая модель подъема груза спаренными портовыми портальными кранами с одинаковыми эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, без ба-лансирной траверсы, с расположением центра тяжести груза посередине между точками зацепки этого груза кранами, с учетом работы кранов на одинаковых вылетах стрелы и при штиле;

2) теоретически доказана возможность самостоятельного выравнивания нагрузок на краны при подъеме груза спаренными портовыми портальными кранами с одинаковыми эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, без балансирной траверсы, с расположением центра тяжести груза посередине между точками зацепки этого груза, с учетом работы кранов на одинаковых вылетах стрелы и при штиле;

3) разработан критерий оценки быстроты выравнивания нагрузок для случая подъема груза спаренными портовыми портальными кранами с одинаковыми эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, без балансирной траверсы, с расположением центра тяжести груза посередине между точками зацепки этого груза, с учетом работы кранов на одинаковых вылетах стрелы и при штиле; при соблюдении критерия в пределах, не ниже допустимого значения, подъем груза спаренными кранами будет происходить безопасно, с самостоятельным выравниванием нагрузок на краны;

4) разработана зависимость для определения требуемой частоты напряжения, необходимой для выравнивания нагрузок на спаренные портовые портальные краны, как с одинаковыми, так и с разными эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, с частотным регулированием скорости подъема груза, при любом расположении центра тяжести груза.

Практическая значимость работы:

1) предложен критерий быстроты выравнивания нагрузок на спаренные портовые портальные краны, который позволяет на практике, до начала работ, оценить безопасность производимых работ спаренными кранами с одинаковыми эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, при подъеме груза с расположением центра тяжести этого груза посередине, между точками зацепки груза, с учетом работы кранов на одинаковых вылетах стрелы и при штиле;

2) разработана компьютерная программа в МАТНСАЭ для определения критерия быстроты выравнивания нагрузок на спаренные портовые портальные краны с одинаковыми эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, при подъеме груза с центром тяжести, располагающимся посередине, между точками зацепки этого груза, с учетом работы кранов на одинаковых вылетах стрелы и при штиле;

3) предложена принципиальная схема устройства позволяющего постоянно сохранять равномерное распределение нагрузок от силы тяжести груза на спаренные портовые портальные краны, как с одинаковыми, так и с

б

разными эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, с любым расположением центра тяжести груза;

4) проведены лабораторный и натурный эксперименты для подтверждения справедливости полученного критерия быстроты выравнивания нагрузок на краны, при спаренной работе портовых портальных кранов с одинаковыми эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, с расположением центра тяжести груза посередине между точками зацепки этого груза, с учетом работы кранов на одинаковых вылетах стрелы и при штиле;

5) проведен компьютерный эксперимент в МАТЬАВ-81Ми1Л№С для подтверждения работоспособности устройства для выравнивания нагрузок на спаренные портовые портальные краны, как с одинаковыми, так и с разными эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, при любом расположении центра тяжести груза, без балансирной траверсы.

Достоверность результатов работы базируется:

1) на принципах математического анализа: дифференциальное и интегральное исчисление, вычислительная математика; на методах теоретической механики: статика, динамика;

2) на использовании среды моделирования физических процессов, имитации и анализа динамических систем - МАТЬАВ-БГМиЫЫК;

3) на сопоставлении полученных теоретических зависимостей с экспериментальными данными компьютерного, лабораторного и натурного экспериментов.

Положения, выносимые на защиту:

1) критерий оценки быстроты выравнивания нагрузок на краны для случая подъема одного груза спаренными портовыми портальными кранами, с одинаковыми эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, без балансирной траверсы, с расположением центра тяжести груза посередине между точками зацепки этого груза, с учетом работы кранов на одинаковых вылетах стрелы и при штиле;

2) зависимость для определения требуемой частоты напряжения, необходимой для выравнивания нагрузок на спаренные портовые портальные краны, как с одинаковыми, так и с разными эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, с частотным регулированием скорости подъема груза, при любом расположении центра тяжести груза;

3) принципиальная схема устройства для автоматического выравнивания нагрузок на спаренные портовые портальные краны, как с одинаковыми, так и с разными эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, с частотным регулированием скорости подъема груза, при любом расположении центра тяжести этого груза.

Личный вклад автора в получении научных результатов. Состоит во включенном участии на всех этапах процесса, в непосредственном участии в получении исходных данных и научных экспериментах, в личном уча-

стии в апробации результатов исследования, в разработке экспериментальной установки, в обработке экспериментальных данных, подготовке основных публикаций по выполненной работе.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и получили одобрение:

1) на XI и XII Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи в 2011, 2012 гг.;

2) на Всероссийском конгрессе научно-технической общественности -7-м Московском подъемно-транспортном форуме в 2011 г.;

3) на XVI и XVII Московских межвузовских научно-практических конференциях студентов и аспирантов в 2012,2013 гг.;

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 12 работах.

Работы, отражающие основные научные результаты, опубликованные в рецензируемых изданиях, рекомендуемых ВАК: '

1) в журнале «Речной транспорт (XXI век)» №2,2012 г., №2, 2013 г.;

2) в журнале «Подъемно-транспортное дело» №5-6, 2012 г.

Работы, отражающие основные научные результаты, опубликованные в

других изданиях:

1) в патенте на полезную модель № 129916;

2) в отчете о НИР, № госрегистрации 01201279267, инв. № 02201356105;

3) в материалах международной научно-технической конференции «ИНТЕРСТРОЙМЕХ-2011»;

4) в материалах III межвузовской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта в России», 2012 г.;

5) в трудах XVI и XVII Московской международной межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и робототехни-ческие комплексы» в 2012, 2013 гг.;

6) в научно-техническом сборнике «Труды МИТ», том 11, часть 1, 2011 г.; том 12, часть 1,2012 г.;

7) в сборнике научных статей Московской государственной академии водного транспорта в 2012 г.;

Внедрение результатов работы. Предложенный способ определения критерия быстроты выравнивания нагрузок на спаренные портовые портальные краны и схема устройства приняты к использованию при перегрузке тяжеловесных грузов в Южном Московском порту.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, выводов, приложения и списка используемых источников, изложена на 134 страницах и включает в себя 38 рисунков, 5 таблиц, список используемых источников состоит из 105 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследования, сформулирована научная задача, приведена формулировка цели работы и задач исследования, приведен объект и предмет исследования, приведена достоверность результатов работы, оценена научная новизна и практическая значимость полученных результатов, выносимых на защиту, приводятся сведения об их публикации, внедрении, апробации, структуре и объеме диссертации.

В первой главе проведен анализ существующего положения по перегрузке тяжеловесных грузов спаренными кранами. В основном вопросами безопасности и распределения нагрузок от силы тяжести груза на краны, при их спаренной работе занимались следующие авторы: Гаранин Н.П., Харас З.Б., Федоров В.М., Исаков Э.Н., Ярошевская Д.Л., Сукальский Г.А., Ханапе-тов М.В., Трупищева М.С., Трупищев Ш.А., Славутский М.Е., Иванов С.И., Матвеев В.В., Крупин Н.Ф., Ушаков П.Н., Бродский М.Г., Shapiro Lawrence К., Shapiro Jay Р, Carbon L., Magdanz I., Kunde В. Изучению эксплуатационных нагрузок на портовые краны посвящены работы Сиротского В.Ф., Брауде В.И., Подобеда В.А., Ерофеева Н.И., Зубко Н.Ф.

Проведенный анализ показывает, что на сегодняшний момент не имеется критерия оценки безопасности работ при подъеме груза спаренными кранами одинаковой конструкции без балансирной траверсы с расположением центра тяжести груза посередине, между точками зацепки этого груза, с учетом работы кранов на одинаковых вылетах стрелы и при штиле, тем более, что на практике, как отмечают Shapiro Lawrence К., Shapiro Jay Р, указанная работа производится довольно часто. А в ряде случаев, подъем груза с применением балансирной траверсы становится невозможным из-за необходимости перегрузки негабаритных, длинномерных грузов, отмечают Сукальский Г.А., Ханапетов М.В., Харас З.Б., Матвеев В.В., Крупин Н.Ф.

Самостоятельное выравнивание нагрузок в грузовых канатах, при спаренной работе кранов, как известно из работ Н.П. Гаранина, происходит только при подъеме груза спаренными кранами одинаковой конструкции, с применением балансирной траверсы. Для кранов разной конструкции, без балансирной траверсы или кранов одинаковой конструкции, при подъеме груза с центром тяжести, находящемся не посередине между точек зацепки этого груза, без балансирной траверсы, указанное выравнивание нагрузок не происходит. Предложенные авторами Carbon L., Magdanz I., Kunde В. устройства для автоматического выравнивания нагрузок на спаренные краны, частично справляются с этой задачей, но имеют недостатки и погрешности, описанные в главе 1 и не позволяют достичь выравнивания нагрузок на краны в полной мере. Поэтому второй проблемой является отсутствие технического решения для автоматического выравнивания нагрузок на краны различной конструкции без балансирной траверсы или на краны одинаковой конструкции, при подъеме груза с любым расположением центра тяжести, без балансирной траверсы.

Во второй главе впервые разработана математическая модель подъема груза спаренными кранами одинаковой конструкции без балансирной тра-

версы, при подъеме груза с центром тяжести, располагающемся посередине между точками зацепки этого груза, с учетом работы кранов на одинаковых вылетах стрелы и при штиле. Доказано, что при подъеме этого груза происходит самостоятельное выравнивание нагрузок в грузовых канатах спаренных кранов. Это видно из графиков (рисунок 1, 2), построенных по полученным автором, в результате разработки математической модели, уравнениям (1) - для моментов Мд1 и Мд2 электродвигателей механизмов подъема обоих кранов (рисунок 1), и по уравнениям (4) - для скоростей подъема груза У1 и 1^2 (рисунок 2).

£ Мд2 ""

0.2 0.4 0.6 0.8

<, М

IV.' £ V;

0.2 0.4 0.6 0.8

1, м

Рисунок 1 - Выравнивание моментов Мд1 и Мд2

Рисунок 2 - Выравнивание скоростей Уг и К2

" Ч

(1)

М„7 = 9555-

где Р - мощность электродвигателя механизма подъема обоих кранов, кВт;

п0 — синхронная частота вращения электродвигателей механизмов подъема обоих кранов, об/мин;

к = (2)

где <2 - вес груза, Н;

г6 - радиус барабана лебедки механизма подъема обоих кранов, м; I — кратность грузового полиспаста обоих кранов; и - передаточное число редуктора механизма подъема обоих кранов; т] - КПД подъемного устройства;

Мн — номинальный момент электродвигателей механизмов подъема обоих кранов, Н-м;

пн - номинальная частота вращения электродвигателей механизмов подъема обоих кранов, об/мин;

r _ Q^r62ft(n0-nH) _ . .

60¡^„лф^)' ( '

где Л - расстояние, по высоте, от линии точек зацепки груза до центра тяжести груза, м;

I — плечо от центра тяжести груза до точки зацепки груза краном, м; с — жесткость каната, Па-м2; Ь - время, с;

и — штгб Л — ,„ < 1

(4)

где о)д1/ шд2 — угловая скорость вращения ротора электродвигателя механизма подъема, соответственно крана №1 и крана №2, 1/с.

Разработан критерий быстроты выравнивания нагрузок в грузовых канатах спаренных кранов. Практическая значимость критерия быстроты выравнивания нагрузок заключается в том, что он позволяет оценить безопасность работ по подъему груза двумя кранами. Оценка безопасности происходит при помощи сравнения расчетного (5) и полученного допустимого (6) значения указанного критерия. Если расчетное значение критерия быстроты выравнивания нагрузок в канатах получилось не ниже допустимого значения, это говорит о том, что даже при запаздывании включения на подъем электродвигателей одного из кранов, произойдет выравнивание нагрузок, действующих в грузовых канатах кранов, что позволит сохранить вертикальность грузовых канатов и горизонтальность поднимаемого груза в пределах, обеспечивающих безопасный подъем груза на протяжении всего подъема.

Критерий быстроты выравнивания нагрузок на краны:

- _ QHhr6(n0.n„)

¡„MHnH(2i2+f)' ^

где Н- высота подъема груза, м.

Допустимое значение критерия быстроты выравнивания нагрузок на краны, при подъеме груза без балансирной траверсы (6).

[Ф] > 11.5. (6)

В третей главе для случая подъема груза двумя кранами как одинаковой, так и разной конструкции, без балансирной траверсы, разработана теоретическая зависимость (7), позволяющая определить требуемую частоту напряжения, которую необходимо подать на один из кранов для достижения

выравнивания скоростей подъема груза обоих кранов, а, следовательно, и для выравнивания нагрузок на спаренные краны от силы тяжести груза.

- j Т. ~ o(íi -h sin а)\ >

í¡ulc2p2rl(ilulc1-r1rpl (1|i+|z) j

P1 (¡1+¡2) )

(7)

где i1( i2 — кратность грузового полиспаста, соответственно крана №1 и крана

иг, и2 - передаточное отношение редуктора механизма подъема, соответственно крана №1 и крана №2;

где Мм1, Мм2 - максимальный момент на валу электродвигателя механизма подъема крана №1 и крана №2, соответственно, Н-м;

хс1, хс2 - внутреннее реактивное сопротивление цепи статора электродвигателя механизма подъема крана №1 и крана №2, соответственно, Ом;

хр1, хр2 - внутреннее реактивное сопротивление цепи ротора электродвигателя механизма подъема крана №1 и крана №2, соответственно, Ом;

кг1, кг2 — коэффициент трансформации сопротивлений крана №1 и крана №2, соответственно;

р1,р2 - число пар полюсов, соответственно электродвигателя крана №1 и электродвигателя крана №2;

/2 - частота напряжения, подаваемого на электродвигатель крана №2; г1>г2 ~ радиус барабана механизма подъема, соответственно крана №1 и крана №2, м;

гр1, гр2 - полное активное сопротивление цепи ротора электродвигателя механизма подъема крана №1 и крана №2, соответственно, Ом;

12 - плечо от центра тяжести до точки зацепки груза, соответственно краном №1 и краном №2, м;

а - действующее значение угла наклона груза, град.

В четвертой главе разработана принципиальная схема устройства для автоматического выравнивания нагрузок на спаренные краны, как одинаковой, так и разной конструкции, без балансирной траверсы, с любым расположением центра тяжести груза. На основе полученной зависимости для определения требуемой для выравнивания нагрузок на краны частоты напряжения, предложена принципиальная схема устройства, позволяющая в автоматическом режиме сохранять горизонтальное положение груза на протяжении всего подъема, а, следовательно, избежать возможной перегрузки или аварии кранов при их спаренной работе, что на данный момент решается за счет визуального контроля наклона груза и вертикальности грузовых канатов.

№2;

Данное устройство может применяться для выравнивания нагрузок при подъеме груза спаренными кранами как одинаковой, так и разной конструкции. Помимо выравнивания нагрузок на краны данное устройство позволяет одному крановщику управлять сразу двумя механизмами подъема обоих кранов. Что полностью устраняет запаздывание включения одного из электродвигателей из-за разной реакции крановщиков (в случае с двумя крановщиками).

Принцип работы устройства заключается в следующем: один из спаренных кранов работает в качестве ведущего крана и поднимает груз с задаваемой крановщиком скоростью, а второй кран - ведомый, его скорость подъема рассчитывается микрокомпьютером, который при помощи своей программы, на основании измеренного угла наклона груза относительно горизонта, характеристик кранов и груза, рассчитывает требуемую частоту управления, которую необходимо подать на электродвигатель ведомого крана для горизонтального подъема груза.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является постоянное сохранение горизонтального положения поднимаемого груза, а, следовательно, и выравнивание нагрузок на краны от силы тяжести груза.

Работает устройство следующим образом: один из спаренных кранов работает в качестве ведущего крана и поднимает груз с задаваемой крановщиком скоростью, второй кран - ведомый, его скорость подъема устанавливается за счет изменения частоты и амплитуды напряжения при помощи преобразователя частоты, управляемого микрокомпьютером.

Требуемая частота определяется микрокомпьютером по (7) в зависимости от угла наклона груза а, характеристик кранов и габаритов груза. Требуемая амплитуда напряжения определяется по известному соотношению, которое обеспечивает «пропорциональное регулирование с /г компенсацией», позволяющее, при регулировании скорости двигателя, сохранить максимальный момент постоянным.

При подаче крановщиком ведущего крана 2 (рисунок 3) команды на подъем груза, на электродвигатель этого крана (блок 5, рисунок 4) подается напряжение с постоянной частотой [сети и постоянной амплитудой исети. Электродвигатель 10 (рисунок 3) начинает вращаться. Одновременно датчик оборотов 11 (рисунок 3), (блок 6, рисунок 4) фиксирует начало вращения этого электродвигателя и при помощи передатчика беспроводной связи 12 (рисунок 3) передает сигнал 5Ш (рисунок 4) о начале вращения электродвигателя 10 ведущего крана 2 на микрокомпьютер 7 (рисунок 3), (блок 2, рисунок 4) через приемник беспроводной связи 6 (рисунок 3). Микрокомпьютер, при поступлении сигнала с датчика оборотов подает сигнал на преобразователь частоты 8, который, при поступлении этого сигнала, сразу же подает преобразованное напряжение с частотой [трег, и амплитудой 1}треб на электродвигатель 9 ведомого крана 1. Этот электродвигатель также начинает вращаться.

Возникающий в процессе подъема наклон груза на некоторый угол а фиксируется при помощи датчика угла наклона 4 (рисунок 3), (блока 1, рисунок 4), закрепленного на грузе 3 (рисунок 3). Значение этого угла преобразуется в цифровой сигнал 5а (рисунок 4) и передается при помощи беспровод-

ной связи в микрокомпьютер (блок 2), в котором, в зависимости от значения угла наклона груза а, характеристик кранов и габаритов груза происходит вычисление управляющего аналогового электрического сигнала Sy. Далее этот сигнал Sy поступает в частотный преобразователь (блок 3), который в зависимости от Sy преобразует напряжение с частотой /соти и амплитудой Uсети в напряжение с частотой fmpeg и амплитудой Umpe6, при помощи которого происходит регулирование скорости вращения электродвигателя (блок 4) ведомого крана.

В случае, если ведомый кран отстает от ведущего, частота fmpe6 и амплитуда Umpe6 напряжения увеличивается и скорость вращения электродвигателя ведомого крана также увеличивается; если же ведомый кран опережает ведущий, частота fmpe6 и амплитуда UmpeS напряжения уменьшается, и скорость электродвигателя ведомого крана также уменьшается. При этом паспортная скорость подъема груза ведомым краном должна быть больше, чем паспортная скорость подъема груза ведущим краном, так как понизить частоту и амплитуду напряжения легче, чем повысить. Тем самым достигается постоянное сохранение горизонтального положения поднимаемого груза, а, следовательно, и правильное распределение нагрузок на краны.

11

Рисунок 3 - Спаренная работа кранов, с применением устройства для автоматического выравнивания горизонтального положения груза

На рисунке 3:1— ведомый кран; 2 — ведущий кран; 3 — поднимаемый груз; 4 — датчик угла наклона; 5 — передатчик беспроводного сигнала; 6 — приемник беспроводного сигнала; 7 - микрокомпьютер; 8 — преобразователь частоты электрического тока; 9 - электродвигатель ведомого крана; 10 -электродвигатель ведущего крана, 11 — датчик оборотов электродвигателя ведущего крана; 12 - передатчик беспроводного сигнала.

14

и сети

Рисунок 4 - Принципиальная блок-схема устройства для выравнивания горизонтального положения груза, при подъеме этого груза спаренными

кранами

На рисунке 4: * - исходные данные по кранам и грузу, задаваемые в (7).

В пятой главе проведено:

- лабораторное и натурное экспериментальное исследование, подтверждающее теорию самостоятельного выравнивания нагрузок на краны, при подъеме груза спаренными кранами одинаковой конструкции без балансир-ной траверсы, с расположением центра тяжести груза посередине между точками зацепки этого груза, с учетом работы кранов на одинаковых вылетах стрелы и при штиле;

- компьютерное экспериментальное моделирование спаренной работы двух кранов разной конструкции, для подтверждения полученной зависимости для определения требуемой частоты напряжения, необходимой для выравнивания нагрузок на спаренные краны одинаковой или разной конструкции, с частотным регулированием скорости подъема груза, при любом расположении центра тяжести этого груза, и для подтверждения работоспособности предложенного устройства для выравнивания нагрузок на краны.

Сначала экспериментальное исследование было проведено в лабораторных условиях с использованием тельферов, а затем в реальных условиях с использованием двух портальных кранов «Альбатрос» 10/20 т. Анализируя данные об усилиях в канатах обоих тельферов в начале и в конце подъема, занесенные в таблицу 1 и данные об усилиях в грузовых канатах обоих кранов, занесенные в таблицу 2, можно сказать о том, что самостоятельное выравнивание нагрузок в канатах происходит. Это подтверждает тот факт, что средняя разность усилий в канатах в конце подъема, в обоих случаях, меньше, чем средняя разность усилий в начале подъема.

Таблица 1 - Результаты измерений усилий в грузовых канатах тельферов при подъеме груза спаренными тельферами

№ Результаты измерений усилий в канатах обоих тельферов

за- Начало подъема Конец подъема

ме- Усилие в Усилие в Разность Усилие в Усилие в Разность

ра канате канате усилий канате канате усилии

тельфера тельфера в кана- тельфера тельфера в кана-

№1, кг №2, кг тах, кг №1, кг №2, кг тах, кг

1 48.5 43.5 5 47 45 2

2 43 48.5 5.5 46.5 45 1.5

3 46 46 0 46 46 0

4 44.5 47 2.5 46 46 0

5 50.5 41.5 9 46.5 45.5 1

6 41 51 10 47 45 2

7 42.5 49 6.5 47 45 2

8 50.5 41.5 9 46 46 0

9 51.5 40.5 11 47 45 2

10 48 43.5 4.5 46 46 0

Средняя разность усилий в 6.3 Средняя разность уси- 0.85

канатах в начале подъема лий в канатах в конце

подъема

Таблица 2 - Результаты измерений усилий в грузовых канатах кранов при подъеме груза спаренными кранами

№ Результаты измерений усилий в грузовых канатах обоих кранов

за- Начало подъема Конец подъема

ме- Усилие в Усилие в Разность Усилие в Усилие в Разность

ра канате канате усилий канате канате усилии

крана №1, крана №2, в кана- крана №1, крана №2, в кана-

кН кН тах, кН кН кН тах, кН

1 68 52 16 58 62 4

2 55 65 10 60 60 0

3 71 49 22 58 62 4

4 48 72 24 61 59 2

5 70 50 20 60 60 0

6 68 52 1 16 59 61 2

Средняя разность усилий в 18 Средняя разность уси- 2

канатах в начале подъема лий в канатах в конце

подъема

Из анализа данных таблицы 1 и таблицы 2, нагрузки в конце подъема не всегда в точности равны друг другу, однако тенденция к выравниванию имеется во всех случаях. Указанное отличие нагрузок в канатах обоих тельферов и кранов в конце подъема возникает по причине запаздывания реакции

по отпусканию кнопки «подъем» одного из тельферов или разной реакцией крановщиков по остановке механизма подъема крана, разной величины магнитной проницаемости сердечников электромагнитов тормозов обоих двигателей, различного магнитного потока статоров электродвигателей и других случайных факторов.

Проведенное экспериментальное исследование подтверждает работоспособность теории выравнивания нагрузок на краны. Подъем груза двумя кранами будет безопасным, если расчетный критерий быстроты выравнивания нагрузок не будет ниже своего допустимого значения.

Справедливость полученной зависимости для определения требуемой частоты напряжения подтверждена экспериментально при помощи моделирования спаренной работы двух кранов в программе МАТЬАВ-81МиЫЫК. Для исследования были выбраны: кран «Альбатрос» 10/20 т. и кран «Ганц» 16/27.5 т. Сначала, в программе МАТЬАВ-51МиЫЫК была смоделирована работа спаренных кранов со стандартными параметрами напряжения: частота 50 Гц, амплитуда 380 В. Затем, была смоделирована спаренная работа кранов с требуемой, для выравнивания скоростей подъема груза, частотой напряжения, рассчитанной по полученной теоретической зависимости и соответствующей ей амплитудой напряжения, определенной по известной зависимости. В результате моделирования получены графики скоростей механизмов подъемов обоих кранов от времени, до выравнивания скоростей подъема груза (рисунок 5) и после выравнивания скоростей подъема груза (рисунок 6).

Как видно из рисунка 6, после разгона электродвигателей скорость подъема груза краном «Альбатрос» стала равна скорости подъема груза краном «Ганц» и равна 0.7 м/с, что экспериментально подтверждает справедливость полученной зависимости для определения требуемой частоты напряжения, питающего электродвигатель механизма подъема опережающего крана.

1.2

1.1

1

0.3

2 0.8

£ 0.7

Н и.ь

» 0.5

о 0.4

0.3

0.2

0.1

0

0.8

0.7

ПК

о

а 0.5

е X 0 4

Й- П.1

о

0.2

0.1

0

Рисунок 5 - Сверху — разгон электродвигателя механизма подъема

крана «Альбатрос» до выравнивания скоростей подъема груза, снизу — разгон электродвигателя механизма подъема крана «Ганц»

Рисунок 6 — Сверху — разгон электродвигателя механизма подъема крана «Альбатрос» после выравнивания скоростей подъема груза, снизу -разгон электродвигателя механизма подъема крана «Ганц»

выводы

1) Разработана математическая модель подъема груза спаренными кранами и доказана возможность самостоятельного выравнивания нагрузок на краны от силы тяжести груза, центр тяжести которого располагается посередине между точками зацепки, при подъеме этого груза спаренными кранами одинаковой конструкции без балансирной траверсы, с учетом работы кранов на одинаковых вылетах стрелы и при штиле.

2) Получена зависимость для нахождения критерия быстроты выравнивания нагрузок от силы тяжести груза, на краны, при подъеме этого груза спаренными кранами одинаковой конструкции без балансирной траверсы с расположением центра тяжести груза посередине, между точками зацепки этого груза, с учетом работы кранов на одинаковых вылетах стрелы и при штиле. Полученный критерий быстроты выравнивания нагрузок на спаренные краны позволяет на практике, до начала работ, оценить безопасность работ, производимых спаренными кранами.

3) Проведены лабораторный и натурный эксперименты, подтверждающие справедливость полученного критерия быстроты выравнивания нагрузок на краны.

4) Для практического использования разработана программа в МАТНСАО, которая позволяет, задавая исходные данные по кранам и грузу, определить критерий быстроты выравнивания нагрузок на спаренные краны одинаковой конструкции, при подъеме груза без балансирной траверсы, с расположением центра тяжести груза посередине, между точками зацепки этого груза, с учетом работы кранов на одинаковых вылетах стрелы и при штиле.

5) Получена математическая зависимость для определения требуемой частоты напряжения, необходимого для выравнивания нагрузок на краны, при подъеме груза спаренными кранами как одинаковой, так и разной конструкции с частотным регулированием скорости подъема груза, с любым расположением центра тяжести этого груза.

6) Проведено экспериментальное подтверждение полученной зависимости для определения требуемой частоты напряжения, с использованием компьютерного моделирования спаренной работы кранов в программе МАТЪАВ-81МиЬГЫК.

7) На основе полученной зависимости для определения требуемой частоты напряжения, разработана принципиальная схема устройства для автоматического выравнивания нагрузок на спаренные краны как одинаковой, так и разной конструкции с любым расположением центра тяжести груза, с частотным регулированием скорости подъема груза.

8) Получен патент на полезную модель № 129916 на разработанную принципиальную схему устройства для автоматического выравнивания нагрузок на краны.

9) Внедрены в Московском Южном порту следующие результаты: зависимость для нахождения критерия быстроты выравнивания нагрузок на спаренные краны; программа для определения критерия быстроты выравнивания нагрузок на спаренные краньг; математическая зависимость для определения требуемой частоты напряжения, необходимого для выравнивания нагрузок на спаренные краны и разработанная принципиальная схема устройства для автоматического выравнивания нагрузок на спаренные краны.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Работы, опубликованные в изданиях, рекомендуемых ВАК:

1) Раскатов A.B., Гаранин Н.П., Терехов A.M. Сохранение горизонтального положения груза, поднимаемого двумя спаренными кранами // Речной транспорт (XXI век). - 2012. - № 2. - С.56-60.

2) Раскатов A.B., Терехов A.M. Применение частотного регулирования для автоматического выравнивания скоростей подъема груза, при подъеме этого груза двумя спаренными кранами. // Речной транспорт (XXI век). - 2013. - № 2. - С.58-61.

3) Раскатов A.B., Терехов A.M. Обеспечение безопасности работ при перегрузке тяжеловесных грузов двумя спаренными кранами // Подъемно-транспортное дело - 2012. - № 5-6.

Работы, опубликованные в других научных изданиях:

4) Раскатов A.B., Терехов A.M. Патент на полезную модель № 129916 «Устройство для автоматического выравнивания нагрузок на краны при подъеме груза двумя спаренными кранами без балансирной траверсы, для кранов с частотным регулированием скорости подъема груза».

5) Исследование распределения нагрузок на краны, при подъеме тяжеловесного груза двумя спаренными кранами разной конструкции с применением устройства для выравнивания нагрузок на краны: отчет о НИР (заключит.): 15.10.2012 г.; № госрегистрации 01201279267; инв. № 02201356105/ ФБОУ ВПО «МГАВТ»; рук. Терехов A.M.; исполн.: Раскатов A.B. - М., 2012.-57 с.

6) Раскатов A.B., Гаранин Н.П., Терехов A.M. Эффективность спаренной работы портальных кранов с применением критерия быстроты выравнивания нагрузок // ИНТЕРСТРОЙМЕХ-2011: Материалы международной научно-технической конференции.-Могилев: ГУ ВПО «БЕЛОРУССКО-РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», 2011С.39-40.

7) Раскатов A.B., Гаранин Н.П., Терехов A.M. Подъем груза двумя спаренными кранами с применением устройства для выравнивания скоростей подъема груза // Материалы III межвузовской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта в России». СПб: Из-во СПГУВК, 2012. - С.83-87.

8) Раскатов A.B., Терехов A.M. Устройство для автоматического выравнивания нагрузок на краны при подъеме груза двумя спаренными кранами // Труды XVI Московской международной межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робото-технические комплексы». Москва: Из-во МИИТ, 2012. - С A4.

9) Раскатов A.B., Терехов A.M. Компьютерное моделирование спаренной работы подъемных кранов с применением методики выравнивания нагрузок на краны // Материалы XVII Московской международной межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы». Москва: Из-во МИСИ, 2013. - С.99-100.

10) Раскатов A.B., Гаранин Н.П., Терехов A.M. Выравнивание нагрузок в грузовых канатах при подъеме одного груза двумя спаренными // Научно-технический сборник «Труды МИТ», том 11, часть 1. Москва: Центр Информации ОАО «Корпорация МИТ», 2011. - С. 173-185.

11) Раскатов A.B., Терехов A.M. О подъеме тяжеловесных изделий двумя спаренными кранами // Научно-технический сборник «Труды МИТ», том 12, часть 1. Москва: Центр Информации ОАО «Корпорация МИТ», 2012. - С.168-172.

12) Раскатов A.B., Терехов A.M. Выравнивание нагрузок на краны, при подъеме одного груза двумя спаренными кранами с частотным регулированием скоростей подъема груза обоих кранов // Сборник научных статей МГАВТ, Из-во: Альтаир-МГАВТ, 2012. - С.77-82.

РАСКАТОВ АЛЕКСАНДР ВАЛЕРЬЕВИЧ

ВЫРАВНИВАНИЕ НАГРУЗОК В ГРУЗОВЫХ КАНАТАХ КРАНОВ ПРИ ПОДЪЕМЕ ГРУЗА СПАРЕННЫМИ КРАНАМИ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Формат 60x90/22. Объём — 1 усл. печ. л. Тираж 90 экз.

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА

04201362438 На пРавах рукописи

Раскатов Александр Валерьевич

ВЫРАВНИВАНИЕ НАГРУЗОК В ГРУЗОВЫХ КАНАТАХ КРАНОВ ПРИ ПОДЪЕМЕ ГРУЗА СПАРЕННЫМИ КРАНАМИ

Специальность 05.22.19 - Эксплуатация водного транспорта, судовождение

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: кандидат технических наук А.М. Терехов

Научный консультант: -доктор технических наук, профессор

Н.П. Гаранин

Москва-2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ......................................................................... 6

1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩЕГО ПОЛОЖЕНИЯ ПО ПЕРЕГРУЗКЕ ТЯЖЕЛОВЕСНЫХ ГРУЗОВ СПАРЕННЫМИ КРАНАМИ............. 15

1.1 Общие положения по перегрузке тяжеловесных грузов спаренными кранами........................................................ 15

1.2 Распределение нагрузки от силы тяжести груза на краны, при подъеме груза спаренными кранами..................................... 17

1.3 Отклонение грузовых канатов от вертикали......................... 18

1.4 Определение допустимого угла наклона груза, при спаренной работе кранов............................................................... 25

1.5 Выравнивание нагрузок на краны при помощи балансирных траверс........................................................................ 27

1.6 Устройства для автоматического выравнивания нагрузок на краны, при подъеме груза спаренными кранами.................... 30

1.7 Выравнивание нагрузок в грузовых канатах кранов, при подъеме груза спаренными кранами одинаковой конструкции

с балансирной траверсой.................................................. 31

Выводы по разделу 1........................................................ 33

2 ВЫРАВНИВАНИЕ НАГРУЗОК В ГРУЗОВЫХ КАНАТАХ КРАНОВ ПРИ ПОДЪЕМЕ ГРУЗА СПАРЕННЫМИ КРАНАМИ ОДИНАКОВОЙ КОНСТРУКЦИИ, БЕЗ БАЛАНСИРНОЙ ТРАВЕРСЫ, С РАСПОЛОЖЕНИЕМ ЦЕНТРА ТЯЖЕСТИ ГРУЗА ПОСЕРЕДИНЕ МЕЖДУ ТОЧКАМИ ЗАЦЕПКИ ЭТОГО ГРУЗА..... 35

2.1 Математическая модель подъема груза спаренными кранами без балансирной траверсы для подтверждения самостоятельного выравнивания нагрузок на краны............... 35

2.2 Теоретическая проверка теории выравнивания нагрузок на краны с использованием разработанной математической модели......................................................................... 52

Выводы по разделу 2....................................................... 54

3 ВЫРАВНИВАНИЕ НАГРУЗОК НА КРАНЫ, ПРИ ПОДЪЕМЕ ГРУЗА СПАРЕННЫМИ КРАНАМИ КАК ОДИНАКОВОЙ, ТАК И РАЗНОЙ КОНСТРУКЦИИ, БЕЗ БАЛАНСИРНОЙ ТРАВЕРСЫ, С ЛЮБЫМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ ЦЕНТРА ТЯЖЕСТИ ГРУЗА, С ПРИМЕНЕНИЕМ ЧАСТОТНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

СКОРОСТИ ПОДЪЕМА ГРУЗА.............................................. 56

3.1 Определение требуемых частоты и амплитуды напряжения, необходимых для выравнивания нагрузок на краны................ 56

Выводы по разделу 3...................................................... 65

4 ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА УСТРОЙСТВА ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВЫРАВНИВАНИЯ НАГРУЗОК НА СПАРЕННЫЕ КРАНЫ.......................................................... 66

4.1 Разработка принципиальной схемы устройства для автоматического выравнивания нагрузок на спаренные краны.. 66

Выводы по разделу 4...................................................... 69

5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЛЯ СРАВНЕНИЯ

С ПОЛУЧЕННЫМИ ТЕОРЕТИЧЕСКИМИ ВЕЛИЧИНАМИ............ 70

5.1 Экспериментальное исследование в лабораторных условиях.... 70

5.1.1 Исходные данные, необходимые для проведения экспериментального исследования в лабораторных условиях.................................................................................. 70

5.1.2 Расчет критерия быстроты выравнивания нагрузок в канатах тельферов................................................... 74

5.1.3 Проведение экспериментального исследования в лабораторных условиях............................................ 75

5.1.3.1 Подготовительные операции........................... 75

5.1.3.2 Планирование объема лабораторных испытаний 76

5.1.3.3 Ход эксперимента....................................... 78

5.2 Экспериментальное исследование при подъеме груза спаренными кранами....................................................... 80

5.2.1 Исходные данные, необходимые для проведения натурного экспериментального исследования на кранах.. 80

5.2.2 Расчет критерия быстроты выравнивания нагрузок в канатах кранов....................................................... 80

5.2.3 Проведение натурного экспериментального исследования на кранах............................................ 81

5.2.3.1 Подготовительные операции.......................... 82

5.2.3.2 Планирование объема натурных испытаний...... 83

5.2.3.3 Ход эксперимента....................................... 85

5.4 Экспериментальное исследование для подтверждения справедливости полученной зависимости для определения требуемой частоты напряжения, необходимой для выравнивания нагрузок на краны, и для подтверждения работоспособности устройства для автоматического

выравнивания нагрузок на краны........................................ 89

5.4.1 Цель и порядок исследования.................................... 89

5.4.2 Исходные данные, необходимые для проведения компьютерного экспериментального исследования........ 90

5.4.3 Моделирование спаренной работы кранов в среде МАТЬАВ-81МиЬШК и проведение компьютерного экспериментального исследования............................. 96

Выводы по разделу 5........................................................ 105

ВЫВОДЫ........................................................................... 107

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ....................... 109

ПРИЛОЖЕНИЕ А Акт о внедрении результатов кандидатской

диссертационной работы........................... 120

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Исходные данные для расчетов и

моделирования........................................ 122

ПРИЛОЖЕНИЕ В Акт о проведении экспериментального

исследования распределения нагрузок на краны при подъеме одного груза двумя спаренными кранами................................. 130

ПРИЛОЖЕНИЕ Г Программа в МАТНСАЕ) для определения

критерия быстроты выравнивания нагрузок на краны.................................................... 134

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Потребность перегрузки тяжеловесных грузов возникает в ряде случаев на причале, слипе, цехе. При эксплуатации водного транспорта, подъем груза спаренными кранами используют для поднятия судов на понтоны для ремонта или отстоя [1] и при перегрузке тяжеловесных грузов с судна на судно [2] и с судна на берег. Это могут быть крупнотоннажные контейнеры, строительные блоки и конструкции, единицы оборонной техники, плавсредства (понтоны, мелкие суда, плавающие платформы), тяжеловесное оборудование (станки, специальные машины), монтажные элементы, слябы (металлургические) и другое.

Вопрос перегрузки тяжеловеса может быть решен за счет создания единичного специального подъемного устройства повышенной грузоподъемности. Но вследствие редкости перегрузки тяжеловеса и отсутствия во многих случаях возможности по времени привлечь «со стороны» грузоподъемную машину повышенной грузоподъемности, на практике часто рассматривается вариант применения двух кранов при их спаренной работе [3-6].

Перераспределение нагрузки от силы тяжести груза при работе одновременно двух кранов может привести к перегрузке кранов или их аварии. Поэтому на первое место при перегрузке тяжеловесов спаренными кранами ставится не производительность, а безопасность людей и работ.

Безопасная работа спаренных кранов достигается равномерным распределением нагрузок от силы тяжести груза на краны на протяжении всего подъема, что в настоящее время выполняется за счет визуального контроля за горизонтальностью груза и вертикальностью грузовых канатов. Несоблюдение данного условия может привести к аварии и повлиять на безопасность людей и работ.

Предлагаемый в данной диссертационной работе критерий быстроты выравнивания нагрузок на краны, при подъеме груза спаренными портовыми портальными кранами с одинаковыми эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, без балансирной траверсы, с расположением центра тяжести груза посередине между точками зацепки этого груза, и,

предлагаемая разработанная принципиальная схема устройства для автоматического выравнивания нагрузок на спаренные портовые портальные краны, как с одинаковыми, так и с разными эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, при подъеме груза без балансирной траверсы, с любым расположением центра тяжести этого груза, обеспечивают безопасность проведения подобных работ, что и определяет актуальность темы.

Научной задачей, решаемой в диссертационной работе, является разработка комплекса мер, необходимых для выравнивания нагрузок на краны, при подъеме груза спаренными кранами одинаковой конструкции, без балансирной траверсы, с расположением центра тяжести груза посередине между точками зацепки этого груза, с учетом работы кранов на одинаковых вылетах стрелы и при штиле, а также комплекса мер, необходимых для выравнивания нагрузок на краны, при подъеме груза спаренными кранами разной конструкции, без балансирной траверсы.

Объект исследования. Эксплуатационно-технические характеристики и конструктивные особенности портовых портальных кранов при их спаренной работе.

Предмет исследования. Распределение нагрузок на краны с одинаковыми эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, при подъеме груза с центром тяжести посередине, без балансирной траверсы, с учетом работы кранов на одинаковых вылетах стрелы и при штиле, а также распределение нагрузок на краны, как с одинаковыми, так и с разными эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, при любом расположении центра тяжести груза, без балансирной траверсы.

Цель исследования: 1) разработка предложений по достижению выравнивания нагрузок на краны при подъеме одного груза спаренными портовыми портальными кранами с одинаковыми эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, без балансирной траверсы, при подъеме груза с расположе-

нием центра тяжести посередине между точками зацепки этого груза, с учетом работы кранов на одинаковых вылетах стрелы и при штиле;

2) разработка математически обоснованного и экспериментально подтвержденного устройства для автоматического выравнивания нагрузок на краны при работе спаренными портовыми портальными кранами, как с одинаковыми, так и с разными эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, при любом расположении центра тяжести груза, без ба-лансирной траверсы.

Достижение цели исследования реализуется путём решения ряда научных

задач.

Задачи исследования:

1) разработать математическую модель подъема груза спаренными портовыми портальными кранами с одинаковыми эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, и доказать возможность самостоятельного выравнивания нагрузок на краны от силы тяжести груза, центр тяжести которого располагается посередине между точками зацепки этого груза, с учетом работы кранов на одинаковых вылетах стрелы и при штиле;

2) определить зависимость для нахождения критерия быстроты выравнивания нагрузок на краны от силы тяжести груза (центр тяжести груза находится посередине между точками зацепки груза), при подъеме этого груза спаренными портовыми портальными кранами с одинаковыми эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, без балансирной траверсы, с учетом работы кранов на одинаковых вылетах стрелы и при штиле;

3) получить зависимость для определения требуемой частоты напряжения, необходимой для выравнивания нагрузок на краны, при подъеме груза спаренными портовыми портальными кранами, как с одинаковыми, так и с разными эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, без балансирной траверсы, с частотным регулированием скорости подъема груза, при любом расположении центра тяжести груза;

4) разработать принципиальную схему устройства для автоматического выравнивания нагрузок на спаренные портовые портальные краны, как с одинаковыми, так и с разными эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, с частотным регулированием скорости механизма подъема груза, с использованием полученной теоретической зависимости для определения требуемой частоты напряжения.

Методы исследования. При решении задач, поставленных в диссертационной работе, использованы методы математического анализа: дифференциальное и интегральное исчисление, вычислительная математика; методы теоретической механики: статика, динамика; методы компьютерного моделирования физических процессов в среде МАТЬАВ-ЗШЦЬШК.

Научная новизна работы:

1) теоретически доказана возможность самостоятельного выравнивания нагрузок на краны при подъеме груза спаренными портовыми портальными кранами с одинаковыми эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, без балансирной траверсы, с расположением центра тяжести груза посередине между точками зацепки этого груза, с учетом работы кранов на одинаковых вылетах стрелы и при штиле;

2) предложен критерий оценки быстроты выравнивания нагрузок на краны для случая подъема груза спаренными портовыми портальными кранами с одинаковыми эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, без балансирной траверсы, с расположением центра тяжести груза посередине между точками зацепки этого груза, с учетом работы кранов на одинаковых вылетах стрелы и при штиле; при соблюдении данного критерия в пределах не ниже допустимого значения, подъем груза спаренными кранами будет происходить с самостоятельным выравниванием нагрузок на краны;

3) разработана зависимость для определения требуемой частоты напряжения, необходимой для выравнивания нагрузок на спаренные портовые портальные краны, как с одинаковыми, так и с разными эксплуатационно-техническими ха-

рактеристиками и конструктивными особенностями, с частотным регулированием скорости подъема груза, при любом расположении центра тяжести груза;

4) разработана принципиальная схема устройства для автоматического выравнивания нагрузок на спаренные портовые портальные краны, как с одинаковыми, так и с разными эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, с частотным регулированием скорости подъема груза, при любом расположении центра тяжести этого груза.

Теоретическая значимость работы:

1) разработана математическая модель подъема груза спаренными портовыми портальными кранами с одинаковыми эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, без балансирной траверсы, с расположением центра тяжести груза посередине между точками зацепки этого груза кранами, с учетом работы кранов на одинаковых вылетах стрелы и при штиле;

2) теоретически доказана возможность самостоятельного выравнивания нагрузок на краны при подъеме груза спаренными портовыми портальными кранами с одинаковыми эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, без балансирной траверсы, с расположением центра тяжести груза посередине между точками зацепки этого груза, с учетом работы кранов на одинаковых вылетах стрелы и при штиле;

3) разработан критерий оценки быстроты выравнивания нагрузок для случая подъема груза спаренными портовыми портальными кранами с одинаковыми эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, без балансирной траверсы, с расположением центра тяжести груза посередине между точками зацепки этого груза, с учетом работы кранов на одинаковых вылетах стрелы и при штиле; при соблюдении критерия в пределах, не ниже допустимого значения, подъем груза спаренными кранами будет происходить безопасно, с самостоятельным выравниванием нагрузок на краны;

4) разработана зависимость для определения требуемой частоты напряжения, необходимой для выравнивания нагрузок на спаренные портовые порталь-

ные краны, как с одинаковыми, так и с разными эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, с частотным регулированием скорости подъема груза, при любом расположении центра тяжести груза.

Практическая значимость работы:

1) предложен критерий быстроты выравнивания нагрузок на спаренные портовые портальные краны, который позволяет на практике, до начала работ, оценить безопасность производимых работ спаренными кранами с одинаковыми эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, при подъеме груза с расположением центра тяжести этого груза посередине, между точками зацепки груза, с учетом работы кранов на одинаковых вылетах стрелы и при штиле;

2) разработана компьютерная программа в МАТНСАБ для определения критерия быстроты выравнивания нагрузок на спаренные портовые портальные краны с одинаковыми эксплуатационно-техническими характеристиками и конструктивными особенностями, при подъеме груза с центром тяжести, располагающимся посередине, между точками зацепки этого груза, с учетом работы крано�