Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Расчеты металлургических кранов

..pdf
Скачиваний:
5
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
10.63 Mб
Скачать

яде

l — общая

длина

шахты-колонны;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

— длина шахты;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/2 — длина

колонны;

шахты;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Jx — момент

инерции

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J 2— момент

инерции

колонны;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р! — масса единицы длины первого участка упругой консоли

 

(шахты);

длины

второго

участка

упругой

кон­

 

р2 — масса

единицы

 

соли

(колонны);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

а

=

/V 1 — 1\ (Ji — J2) х

 

 

- Illllll/Jlnim

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х

(З/2 — 3/Л +

/?).

 

 

J'Q,

 

 

 

 

Движущая

сила электродви­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СО

 

гателя.

При

определении

ди­

 

 

 

 

 

намических

нагрузок

в

эле­

 

 

 

 

 

 

 

Ъ?!)*V*

 

 

 

 

ментах

с

металлоконструкций

 

 

 

 

 

кранов

жесткой подвеской

 

 

 

 

 

груза

движущий

момент

дви­

 

 

 

 

 

гателя

принимается

изменяю­

 

 

 

 

 

 

щимся в функции времени по

 

 

 

 

 

 

экспоненте,

а

в

упрощенных

 

 

 

".пр

 

 

решениях — постоянным. В пер­

 

 

 

 

 

вом

случае

получаются

завы­

 

 

 

 

*)

 

шенные значения динамических

 

 

 

 

 

нагрузок

 

в

элементах

метал­

 

а)

 

 

 

локонструкций

крана

(на

3—

Рис. 67. Расчетная

схема для опреде­

5%)

 

по

 

сравнению

с

более

точными

 

их

 

значениями

при

ления

приведенной

массы упругой

принятии движущегося момента

системы шахта—колонна—груз

(т. е. с учетом обратного

 

двигателя

в функции

скорости

действия

механической

системы

на

двигатель). Объем же расчетной работы

при

этом,

особенно

.для

многомассных систем,

значительно

уменьшается.

 

 

 

УРАВНЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ УПРУГОЙ СИСТЕМЫ В ОБЩЕМ ВИДЕ

Чтобы учесть все нагрузки при конструировании и модерни­ зации кранов с жесткой подвеской груза предлагается общий метод динамического расчета их металлоконструкций, на основе которого можно затем рассчитать конкретные конструкции кра­ нов как отдельные частные случаи. Для последующих расчетов действительные сооружения необходимо заменить соответству­ ющими им расчетными схемами. Последние должны возможно более соответствовать действительным условиям работы сооруже­

н о

ния и быть простыми во избежание излишней сложности расчета. В соответствии с этими требованиями примем следующие поло­ жения.

1.Колебания металлоконструкции, представляющей собой упругую систему с бесчисленным количеством степеней свободы, будем рассматривать как колебания упругой системы с конечным числом степеней свободы. Для этого распределенная масса кон­ струкции заменяется одной или несколькими сосредоточенными приведенными массами, причем система должна иметь минималь­ ное число степеней свободы. При замене распределенной массы конструкции сосредоточенными будем исходить из предположения динамической эквивалентности обеих систем.

2.Жесткость валов механизмов значительно больше жестко­ сти металлоконструкций. Поэтому без снижения практической

точности расчетов металлоконструкций упругость жестких передач привода можно не учитывать [10]. Это допущение подтверждается экспериментальными данными тензометрических исследований механизмов подъема и передвижения. К этому же выводу при­ ходит Д. П. Волков [7] при рассмотрении динамических на­ грузок, действующих на стрелы при повороте экскаваторовкранов.

При рассмотрении расчетных схем будем пренебрегать силами неупругого сопротивления (затуханием колебаний) [10], по­ скольку определяется наибольшее воздействие, имеющее место* при первых колебаниях,

На основе анализа конструкций кранов с жесткой подвеской груза составлена расчетная схема для их металлоконструкций как упругая динамическая система (рис. 68). Рассматриваем металлоконструкции крана как единую упругую восьмимасснуюсистему с тринадцатью обобщенными координатами. Данная расчетная схема является общей для всех типов кранов с жесткой подвеской груза и соответствует действительным условиям работы металлоконструкций кранов с жесткой подвеской груза, так как учитывает все возможные перемещения упругой системы и имеет минимальное число степеней свободы. Она применима для расчета металлоконструкций наиболее сложной группы кранов — зава­ лочных и посадочных.

Пренебрегая наличием горизонтальной консоли, получаем расчетную схему для металлоконструкций мостовых кранов с вер­ тикальными консолями. Такой подход применим для расчета металлоконструкций другой группы кранов — колодцевых, для раздевания мартеновских слитков, кранов с лапами и др.

Рассмотрим случаи одновременной работы всех основные механизмов крана: движения моста, движения тележки, подъема колонны, вращения колонны и качания хобота. Получив систему уравнений движения металлоконструкций в общем виде, можно» исследовать все практически возможные случаи работы механиз­ мов крана.

В принятой расчетной схеме (рис. 68) имеются две системы отсчета. Одна из них OuXHY„ZH, имеющая начало координат в точке 0,„ неподвижна. Вторая система OXYZ, имеющая начало координат в точке О, движется поступательно вместе с массами /;/к. За начало подвижной системы координат OXYZ берем середину левой балки моста в положении равновесия упругой системы: ось ОХ направлена по горизонтали вдоль пролета моста, в сто­ рону правой балки моста, ось OZ направлена по горизонтали вдоль балок моста, ось OY направлена по вертикали вниз и го­ ризонтальная консоль (хобот) направлена вдоль моста.

 

Рис. 68. Общая

расчетная схема

 

Приведенные массы:

 

приве­

т1— масса левой балки моста (без концевых балок),

денная

к

середине моста;

 

nio — масса

правой балки моста (без концевых балок), при­

веденная

к середине моста;

к левой

т3— часть

массы тележки

и шахты, отнесенная

половине

моста *;

 

 

тА— часть

массы тележки и шахты, отнесенная к правой

половине

моста *;

 

 

ть — масса

кабины и приведенная к нижнему концу часть

массы

шахты-колонны;

 

 

1 Считаем, что массы тележки и шахты распределены одинаково на обе по­ ловины моста.

222

т6 — масса груза и приведенная часть массы хобота; тк — масса одной концевой балки и приведенная часть массы

моста. Обобщенные координаты:

х— перемещение точки О от неподвижной точки Он по го­ ризонтали вдоль оси X;

отклонение массы т\ от фиксированной точки О по горизонтали вдоль оси X;

ifi — отклонение

массы

/Лх

от фиксированной точки О па

вертикали вдоль оси Y ;

ф — угол поворота прямой,

соединяющей массы т1 и т»;

х 3— отклонение

массы

т 3

от фиксированной точки О по^

горизонтали

вдоль оси

X;

Уз — отклонение

массы

т 3

от фиксированной точки О по

вертикали вдоль оси F;

z — перемещение массы

т3 от фиксированной точки О па

горизонтали

вдоль

оси

Z;

фх — угол поворота рамы

тележки;

 

/ — перемещение масс тъ и та по вертикали;

fx — отклонение нижнего

конца

вертикальной консоли

(шахты, колонны) вдоль оси

X;

отклонение нижнего конца вертикальной консоли (шахты, колонны) вдоль оси Z;

Р— угол поворота горизонтальной консоли (хобота) при качании;

ос — угол поворота горизонтальной консоли (хобота) вокруг оси вертикальной консоли.

Внешние силы:

 

 

 

 

 

 

Q — избыточная

сила

механизма

движения

моста;

Q4 — избыточная

сила

механизма

движения

тележки;

М 3— избыточный

момент

механизма качания

хобота;

Fx и Fj — составляющие

силы

трения

массы т„

о подину

нагревательной

печи.

 

 

Согласно принятой расчетной схеме напишем уравнения дви­ жения упругой системы в форме Лагранжа:

где

q f(x, хи (/, ф, х3, уз, г, фх, /, fx,

Р, а);

Т и П — кинетическая и потенциальная энергии упруго» системы.

Определив производные от кинетической и потенциальнойг энергий, подставим их в систему (35) и преобразовывая,

2 2 а

0)a0QX -f- ^o A --#04*3 4“ #07^1 4" #00/Л'4“#012а 1 —

=Qj —|- F x —p tT lftC l COS GCOCQJ

1) a10x +

an xx +

cnxx+ cux3= 0;

2 )

#2 2 * /l +

ДC2зФ2l/l 4+~

4" + С2ъУз 4" <*7^1 Oi 3) #32^1 + #33^ + С32У1 +

+С33^ 4~ СЗоУз 4" C37^1 = 0;

4)а40х + а44х3 + #4?'1i3 + #4э/* 4“

4~ ^24-120^1 4“ С41Х1

С44*3 =

 

= Fx +

mQa cos оса0;

 

 

5) О'ььУз + а ы ^ 1 + a b J i

+

 

+ #51lP +

^52^1 +

^53^ 4~

m e )

+ сьъу 3 + сЪ1\ h

=

Y0\( m fi +

6) a66z +

a6.10f2+ fle-i2«i =

 

= Q4+

Fz + m0a sin аа0;

 

7) a10x + a74x+ #75^3 + #77% + #78^ + #?e£ +

 

4" #7-11Р 4“ #7-12^1 4“ C72*/l 4“^З1!34"#75^/3 4“ C77tyi=

 

J

 

• •

 

• •

 

=— F J ---- Y (m5 + me) Ыо — ща1 cos а а 0;

8)Я85*/3 4“ #87'ф1 4” #88^1 4“ #8-llP 4" #88^1 ==

=— (m3 4- me) /0;

9) #90* “Г #94*3 4" #97^1 4" awfx 4“

4 - fl9.i2ai 4" = —Fx — той cos aa0;

10)fllO-62 4~ #10-10/2 4- #10-12&1 4“ ClO10fz =

=/72 4_ m6asinaa0;

11) an.5^3 4" Яи-7% 4~ #11-8^1 + #и.пР =

=^ 3 4~ m6a/0;

12)ai2.o^ 4" #12.4*3 + ai2-6Z + #12-7^1 4" 012-9/* 4"

4" #12-10 fz 4" #12-12 <*1 4“ ^12-12^1 =

= — Fxa — (Jb4 - m0a2)a 0.

В этой системе:

д/к — инерционные коэффициейты;

ctK— квазиупругие коэффициенты, где i — номер уравнения;

 

k — номер

независимой

переменной.

 

 

 

 

 

 

 

0)

 

Яоо

 

я01 =

 

пц;

й04 =

 

ш3 -)- m4 -j- ть -f- т 8;

«о? =

+ /пв) /;

й09 =

— (т5 + тп);

я012 = —т вйcos а.

 

 

 

 

 

1)

йю =

«*1 -(- /Из)

Яц = tTl I

-(- ttl‘1,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

«и

= 2с1г; си =

с4г + с2г'>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2) Й22 = Шх + т 2; я23

=

m2f>;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

«22

2cj,

С23

 

«1^»

С25

 

«4 "ф* с2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

«27 =

2

(«4 ~Ь «г)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3)

я32

=

т2Ь\ я33 =

/п2Ь2;

 

 

 

 

 

 

 

 

«32

== С ] Ь у

С33 == С ± Ь у

 

«38 —

2

(«4 +

«2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

«37

2

(«4 “Ь «в)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4)

я40

=

т 3

+

т 4 4- тъ +

т в;

я44

=

т 3

+

т 4 +

 

 

 

 

 

”Ь

«*5

+

т

в;

Я47

=

---- (й ?5

-(-

ffle)

« 4 1 2

:=

 

 

 

 

 

 

 

- —m9a cos а;

й49

 

= {ть + те)\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

«41

=

«4г

"Ь «2 4

«44

=

2 «3г-

 

 

 

 

 

S)

Я5 5

 

= т 3 +

т 4

+

тъ+

т в;

 

я5 7

=

i

(2т* +

ть

«в) Ь\

й5 8 =

 

=

тъ +

те;

fl5.11 =

—твй;

С52 =

С4 +

 

«2;

с5з =

- j - (с4 + с2) Ь\

 

 

 

 

 

 

 

 

«55 =

2«31

«57 =

Ф<

 

 

 

 

 

 

€)

Й65

= т3 -f- tra -f т5 +

т 6;

йв-ю =

/ « 5

+ /Яб’.

й6.12

=

—твй sin а;

 

7)

й70 = й74 =

— ( т 5 4- тв) /;

 

й75 =

- у ( 2 т 4 + т 3 -f- т в) ft;

«77 =

(4 т4 +

mj - f т„)

+

( т 5 4- т в) Г2;

я78 =

4~ ( т 5 +

/пв) Ь\

 

й

 

7 9

=

 

(

т

5

+

 

- т

- «

7-6-)1

2/ п;

ц=а1соъа;й

7

. ц

=

 

«72

 

— ~2™(«4 “t“ «2)

 

«73 =

“2“ («4

+

«2) ^2> «7 5 — «3^>

«77 =

«3^“>

225

 

 

 

 

8)

а8ъ = aBa= m5

 

me;

 

а81 =

 

 

 

=

1

(m5 -f me) b\

a8.u =

—m6a;

 

EF

 

 

 

c88 = —

9)

a90 =

a94 = — (m5 +

m6);

a37 =

(m5 +

me) /;

a99 = m5 + m0;

 

 

 

 

a9.i2 =

ma cos a;

c99:

3EJZ .

 

 

 

 

 

 

/3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10)

аю.6 =

aio-io =

m5 +

m8;

aio-i6 =

—m6asina;

Ci0.io =

 

11) an.5 =

an-8 = —/«ea;

an-7 =

---^-tn6ab\

au n = m 6a2;

12)012.10 = ai2-4 = —/?t6acosa; ai2.e = —measina; ai2.7 = m 6a/cosa;

012-12 = / 5 + 076a2; ai2.9 = m6acosa; Oi2.i0 = —щ а sin a ;

oyp 0i2.i2 = —Не­

полученная система (36) представляет собой уравнения дви­ жения металлоконструкций крана с жесткой подвеской груза в общем виде. Система дает возможность определять динамические нагрузки, действующие на металлоконструкции при раздельной и при совместной работе механизмов крана в различные периоды (при пуске, торможении, наезде на упор, наезде на буфера ит.д.).

ПЕРЕМЕЩЕНИЯ И ДИНАМИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ КРАНОВ И КРАНОВЫХ МЕХАНИЗМОВ

Краны с вертикальными и горизонтальными консолями при движении моста

Расчетная схема показана на рис. 69 [39]. В расчет принимаем наихудший случай: тележка находится в середине моста, хобот направлен вдоль моста. В нашем случае

* з = * ъ * з = * ь jf* = 0 ; У2 = 0 ;

Уз = У1\ ~Уз=~Уъ

Р =

0;

Р =

0;

T|}j = ф;

фг =

ф;

I =

const;

/ =

0;

г = 0;

г =

0;

a =

0;

a = 0;

 

 

Q i = M z — F t = 0 .

 

 

226

При горизонтальном движении моста одна его балка проги­ бается, а другая выпрямляется на такую же величину, так как вся тележка с шахтой поворачивается относительно моста на угол

Величина этого угла зависит от прогибов балок моста крана и поэтому в данном случае можем написать

У1 = — ~2-^ й У1 ---- 2"^! или г|ч = — -Ь-Уй

= ---- 5"01.

Преобразовывая систему (36), получим новую систему урав­ нений движения

0)

аооХ + Ooi *1 +

ЯоТф 4" #09'fx 4" О0-12СС1 =

Q\ Т F х\

4 ) а ^ х 4 - 044X1 +

a47i|) + a49fx +

a4 iaa i +

= Fx\

7 )

a w X -j- Q-iXl +

#75//г 'г атт4

4 " #70fx 4“ #7J2a l “Г

 

4- cn iJi 4- C774 =

—Fxl\

 

(37)

9)a99x -1- aux\ + a97i|5 4 - a99fx 4- a9.12a x -f c99fx =

=Fr:

12) a12 0x 4- an .4X4 4- a12 74 4 -

#i2-of.v a12.12at 4-

4- ci2 i2a i =

Fдa.

227

Подставим значения

 

и грх в уравнения (37) и преобразуем

их. Исключив члены, содержащие л;, получим систему

 

 

 

 

а .А

+

а 1у у

+

a l f f x +

а 1аа + схх х =

a 1Q;

 

 

 

 

а2Л

+

(к у У

+ «гr fx

+

a t„а 4 - сиу

=

a 2Q;

{

(оо)

 

 

 

 

• •

 

••

 

••

 

 

••

4Cf l x

 

 

 

 

 

 

а 3хх 1 4" а ЗуУ 4 " а 3 ffx

4а Я<ха

a 3Q\

 

 

 

 

 

a j x \

+

a iu y

+

a

j ' x

+

a4„а + c„а =

д^,

 

 

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f lk

=

#40#01—

Я00#44*,

 

CL\y =

#40007 —

#00#47;

 

# lf == #40^09

#00^40’,

^ ia

= ^40^0

12

^00^0 ’ 12 i

 

= _#00^44i

 

#1Q

=

#4()Ql 4" (#40 —

#00) Z7*;

#2^

=

#70#01 —

#00#74*>

 

 

 

 

# 2 J/

=

#70^07 —

#00#75;

 

#2f =

#70^09----#00#79‘,

 

 

 

 

#2a

=

#70#0-12 — #00#7 • 12j

Cy

=

— #00^75;

 

 

 

# 2Q

=

#7oQl + (#70 4 ” #0o0

Z7*;

#3*

=

#c.0# 0l —

#0C#94;

 

 

 

 

#3i/ =

#90#07 —

#00#97‘,

#3/ =

#90#0Э —

#00#99j

 

 

 

 

#30t =

#90#0*12

#00#9 • 12 »

Cf —

 

#00^99 i

 

 

#3Q

=

#9oQl +

(#S0 +

# 00) Z7*;

 

#4JC =

#12-0#01 —

#00#12-4;

 

 

 

#4 у =

#12-0#07 —

#00#12*7 j

#4/ #120#09 — #00#12-9*,

 

 

 

#4a

=

# 12‘O^O* 12

 

#00#12*12*»

Ca

^

'

#00^12

12»

 

#4Q

=

#12-oQl 4“ (#12 0 4“ #00#) F x \

#07 =

#47 =

(fU5

2/

 

4" m b)

>

#75

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

#97 =

(m 5 4- m ) - y -

;

#12-7 =

" * ь

 

 

На исследуемую упругую систему действуют внешние возмуща­ ющие силы Q1 и Fx.

Вариант /. Принимаем:

1. Пусковой момент в зависимости от скорости вращения двигателя на каждой ступени сопротивления изменяется по закону прямой. Тогда избыточная сила механизма движения моста в функции времени будет определяться экспоненциальной зависимостью, т. е.

где N i — максимальное усилие, действующее на оси ходовых колес при пуске;

t — время пуска двигателя;

= —■— электромеханическая постоянная двигателя).

228

2. Сопротивление движению горизонтального хобота Fx есть величина постоянная.

Система уравнений (38) примет вид

«1**1 +

а1уУ4

«1/7* 4

«1а“ 4

«Л = «40^1е_П1< 4

 

 

 

 

 

4 («40

«оо) Р*;

 

 

 

 

«2**1 +

«2уУ +

«2//* +

а2аа +

СуУ = -а 1йЫ1ъ - п> +

 

 

 

 

 

4 («70 4 «О00 ^*;

 

 

 

 

«зл*1 +

«4,4/*+ «3//* +

«заа 4- Cffx =

O to N jt-n J +

 

'

 

 

 

4" («оо 4 «оо) Рх\

 

 

 

 

«4**i +

«4</У+

«4//*+ «4а« 4 «аа = ап .йЫ1ц-пУ+

 

 

 

 

 

4 («12 0 4 «00«) РX-

 

 

 

 

Общее решение

данной системы будет

 

 

 

дп =

1=4

sin

+

б,) 4

Uit~nit +

1

 

 

S

 

£ 4;

 

 

 

i=l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У =

S

4 ^

Sin (&//

 

б/) -f- 6/7в

-(“ Е7',

 

 

 

1=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f z =

S

4 ° Sin (fef +

б,) +

(/9е"м +

£ 9;

 

 

 

t=i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a =

J"

 

sin ( k i t

+

6,) +

U \ 2* T nxt +

£ 12;

 

 

 

/ = 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

здесь A {i) и kt — амплитуды

и частоты

колебаний;

 

 

a 40Wl

 

alyn\

 

a l/" l

 

alanl

 

 

 

«70^1

( a 2 y n i + c y )

 

a 2/n l

 

a2anl

 

 

 

«90^1

 

a 3 y n \

( a 3 /« l +

Cf)

a 3 a n \

 

 

 

a 1 2 -0 ^ 1

 

a 4 y n 1

 

a 4 f n l

( a 4A +

ca)

_

Д4

( ° l* n l

+ cx )

* l A

 

alfnl

a4anl

 

A

 

 

 

a2xnl

( n 2 y n 1 + C„)

 

 

a a"l

 

 

 

 

a 2 f n l

2

 

 

 

a3*rtl

 

a 3 y n \

 

(a3fnl + Cf)

a3an l

 

 

a 4 x n l

 

a4yn\

 

°4fnl

( a4an l 4 ca)

 

 

2 2 9