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

книги / Строительные краны

..pdf
Скачиваний:
2
Добавлен:
19.11.2023
Размер:
36.43 Mб
Скачать

Параметры неустановившегося процесса работы механизма

Процесс

Случай Параметр

Разгон

Торможение

I (по рис. 130, в)

< б = °

II (по рис. 130, г)

^изб ~

^ изб

Путь ф в рад

Время t в сек

Скорость со в рад/сек

Ускорение в в рад/сек2

Путь

Ф в рад

Время t в сек

Скорость со в рад/сек

Ускорение е в рад/сек2

2 ^o<°o

1

i„ =

2

 

 

Кэб

 

Кэб

Г-

t

р 2J0

tp

р 2

^

изб

t

2сор

йр ~

Jo

' t p ~

t

„макс

2“ о

 

Р

 

/

 

 

 

 

со0

=

2)

= - f - K

 

1

J 0^0

 

~

 

фр “

2

Мр л

 

 

 

 

ЛГ1изб

 

 

 

= - y

‘V p

 

 

 

 

,

J owo

 

 

 

 

P_ Кэб

 

 

 

 

Кэб ,

 

 

,

0)p —

t - 4 . p t

 

J 0

 

 

 

 

^изб

(dp

 

ep==

Jo

 

 

t

e™x =

- ^ K

(K =

1)

 

lP

 

 

 

 

4

^o“ o

2

ФТ 3 Кэб " 3 “ Л

 

Jo*0

 

Кэб

 

Кэб

h

®r “ “ °

2У„

• 'г _

=+

 

Кэб

t

 

Jго

 

tт

 

= - ( ® 0 - “ г ) “7 ;

 

Гмакс

2со0

 

Ет

— —

t

 

 

 

 

 

 

со0

= 2)

 

= - - f - K

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

- L

. "

 

=

- у

Ш(Л

 

 

" Кэб

 

 

® Г -® 0

7

/ - 0 ) 0 +

Ет/

 

‘'О

 

 

 

е т —

Кэб

 

 

J

 

 

 

Jo

 

 

= -

( ® 0 - ® г ),Т -

 

6™ х =

 

*

(ft =

1}

Случай

III (по рис. 130, д)

< 3 6 = о

Параметр

Путь ср в рад

Время t в сек

Скорость со в рад/сек

Ускорение

е в рад! сек2

Процесс

Разгон

Торможение

 

4

70©о

2

 

т ' =

»

м и

"

. - А

 

z

 

 

 

 

 

< 3 6

 

 

 

< 3 6

( ,

 

t2

\

“ р _

Jo

V

 

щ

)

 

e t

2 t p -

(

 

 

р

21р — 21

 

 

< з б

(

 

Р

\

ер

Jo

V

 

Ь

)

 

(Dp

2tp 2t

 

~

t

2t p - t

'

 

max

2o)0

 

 

 

£P

 

i

 

 

 

 

 

tp

 

 

 

0)и

 

= 2)

 

= - f - K ( K

 

2

J

1

фr —

м и

ClW_

3

з • '

2Jo

<з б

 

 

< 3 6 /

 

P

\

“ Т "

Шо

Jo

(

 

2tr Г

 

 

 

2/r — /

 

~

“ °

®T

2tT - 2 t

 

 

< з б

 

 

t

\

 

 

Jo V

 

 

T

) ~

 

% -

®r

К

-

21

 

~

t

 

2tT -

t

rmax

2(i)0

 

 

Er

/

 

 

 

 

 

lT

 

 

 

=

 

0)n

(/C =

2)

 

— "T^- /С

 

lT

Средние значения ускорений для различных механизмов, обеспечи­ вающие нормальные условия работы, по экспериментальным и эксплуа­ тационным данным, могут, приниматься в соответствии с данными табл. 57.

Т а б л и ц а 57

Средние значения ускорений механизмов строительных кранов

 

Ускорение

Механизм

 

е в рад/сек

/

в м/сек2

Подъемные механизмы строительных монтажных кранов

0,1

Подъемные механизмы строительных производственных кра­

0,2

 

нов .

Подъемные механизмы перегрузочных грейферных кранов.

0,8

Механизмы передвижения строительных рельсоколесных ба­

0,25

шенных кранов (при 50% приводных и тормозимых колес)

Механизмы передвижения пневмоколесных кранов

1,0

Механизмы вращения монтажных строительных кранов.

0,2

Механизмы вращения производственных строительных кра­

 

0,6

нов .

 

Для того чтобы при установочных операциях максимально снизить ускорения и пути торможения, механизмы подъема современных строи­ тельных кранов снабжаются приводами плавной посадки, обеспечиваю­ щими скорость опускания груза в несколько раз меньше нормальной — (0,016—0,05 м/сек вместо 0,16—0,5 м/сек).

44.ЗАВИСИМОСТЬ МЕЖДУ ДВИЖУЩИМ МОМЕНТОМ

ИПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬЮ ПЕРИОДА НЕУСТАНОВИВШЕГОСЯ ДВИЖЕНИЯ

Решение общего уравнения движения дает возможность определить, помимо параметров, охваченных табл. 56, также зависимость между движущим моментом при неустановившемся движении и его продолжи­ тельностью.

Для решения этой задачи необходимо знать момент статических со­ противлений Мст.

Все статические сопротивления подразделяются на сопротивления, остающиеся всегда положительными независимо от направления движе­ ния и, как мы примем, сохраняющие постоянный знак (например, сопро­ тивления трения и перемещения), и сопротивления постоянного направ­ ления, знак которых ввиду этого зависит от направления движения (на­ пример, сила тяжести поднимаемого груза).

Обозначим: Мгр— момент от силы тяжести груза, Мкр— момент от составляющих сил тяжести поступательно движущихся и вращающихся элементов, Мпер — момент статических сопротивлений поступательному передвижению, Мвр — момент статических сопротивлений вращению, Мтр — момент сил трения в механизме. Тогда значения момента стати­ ческих сопротивлений определятся следующими выражениями:

для механизма подъема

Мст= + Мгр + Мтр

для механизма передвижения

Мст= ± Мкр + Мпер + Мтр; для механизма вращения

Мст= ± Мкр +/Vf^p+ Мтр.

Знак плюс относится к такому направлению движения, при котором нужно преодолевать силу тяжести груза или составляющую силы тяже­ сти крана (подъем, движение вверх по уклону), знак минус характери­ зует противоположное направление движения.

Так как сопротивления в механизме можно принять пропорциональ­ ными действующим моментам, то момент сил трения Мтр можно учиты­ вать введением в расчетные формулы значений к. п. д. механизма.

Момент статических сопротивлений Мст может быть выражен через силу Рх и радиус ее приложения г*:

М с т . Х = Р х ГХ*

Так как скорость поступательно движущихся масс vx м/сек, радиус вращения гх м и угловая скорость пх об/мин, относительно той же оси связаны зависимостью

60vx

=

9,55u*

.

Гх = Ti----

пх

----------пх

 

 

то, следовательно,

М(

9,5ЪРхух

пх

 

Приведенный к какой-либо другой оси О (обычно к валу двигателя или тормоза), имеющей угловую скорость п0 об/мин, момент статиче­ ского сопротивления оказывается равным

лд

__ ^ с т .х

Рх*"х __

9,55Рх^х

9,55Рх^х .

Шст. О ------ ;------------

— ~;-------------—

;------------- =

'— -------------- ,

 

*0/*Ло/д:

10 /хЪ /х

^ O lx ^ O /x

По Ъ /х

или, учитывая, что суммарный статический момент является суммой от­ дельных статических моментов:

ЬАст. О—

9,55

 

п0

 

здесь i0/x — передаточное число между осью вращения х

и осью вала 0„

для которого ведется расчет, понимаемое

как отношение

угловой скорости вала О к угловой скорости на оси х;

т]0/х — к. п. д. механизма между осью О и осью х.

 

Данная формула приведена

для случая, когда сопротивление в ме­

ханизме является вредным; если сопротивление в механизме является

полезным (торможение), следует в формулу вместо величины к. п. д. щ/х подставить величину коэффициента сопротивления, т. е. обратную к. п. д.

Подставим в общие уравнения движения значения Мст (приведенно­ го) и Емакс из табл. 56. Учтем, что при передаче динамического момента потери на трение примерно пропорциональны действующим моментам, ввиду чего при инженерных расчетах могут быть так же, как и при ста­ тических расчетах, условно учтены введением в расчетные формулы зна­ чений к. п. д. механизма.

Тогда получим

м рдв =

9,55

макс

m xr х пмакс

п0

Ер

~2

 

 

 

 

t0/xx\0/x

Заменив гх через

9,55уд. , nJo/x — через п0 и е*акс — через —- К

=—п- — (значения К — см. табл. 56), получим 30 tD

MS- =

T 2 %

r + 2

\J

,

пп0К

m 9,bb2vlnrir)К

 

2 -2

JC O ,30*„

- '

 

h/x^O/x^p

n ir

 

 

 

 

 

O/ 'H/.

9,55

Pxvx |

9,55

 

 

mxvx K

0,1 Q5n0

K.

 

“По/*

"0*7?n0tP

 

 

 

 

 

 

 

'По/л:

b

blx^OIx

Если в качестве Мдв подставить средний пусковой момент двигателя^ то из этого выражения можно определить время разгона:

9,55

— /е + О .Ю бя,^ / х К

п0

Ло/*

 

LQ/X^O/X

tp

 

9,55

РхУх

 

M I

 

дв '

п0

Л 0/Х

Пусковой момент кранового асинхронного электродвигателя являете#5 переменной величиной, что видно на рис. 117, где приведена пусковая характеристика такого двигателя. Поэтому для расчетов следует польЗо* ваться средней интегральной величиной его, подробно определяемой* в курсах электропривода. При расчете обычных крановых электропривод

дов средней мощности допустимо определять средний пусковой момент по формуле

Мрдвсред = 0,5 (Мрд; + м рд1),

где М§' и М$'в — движущие моменты в начальный и конечный моменты пуска (разгона). Численные значения приведены на стр. 50.

GD2

Так как при размерностях по системе МКГСС J = — — (п. 42), а 4g

9,55 y i Pxvx

---М-ст,

п0 2 j По/,

то, приведя к валу двигателя все вращающиеся и поступательно движу­ щиеся массы, можно получить приводимую часто в курсах электропри­ вода формулу

 

 

 

К

0,105n0GDzu

 

 

GDlnn0

 

 

 

 

 

 

 

 

4g(M$g - М ст)

 

375( М § , - М „ )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где GD 2н в кгм2, М^дв МсткГм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При размерностях по системе СИ аналогичная формула будет иметь

следующий вид:

Q,105n0m D ^

_

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mDL n0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4g (мдв — Мст)

38

 

 

 

 

 

 

 

 

Здесь

tnD2H — в кем,

a

 

(Mfjg Мст)— в

нм.

 

Численно mD*H рав-

но

GD 1Н.

 

 

 

 

 

GD\H или соответственно rnD*H часто при­

 

Для упрощения расчетов

нимают как K!GD2H ротора двигателя, где применительно к механизмам

подъема К' =

1,1 -=- 1,25.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для периода торможения, согласно уравнению

 

I

mj.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

'По/*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х

е0/х

 

 

 

 

;2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10/х

 

 

Заменив также гх через

 

 

9 55у

 

 

 

 

п0

и

г*акс — через

 

 

 

—— - , n j 0/x — через

К. =

 

 

 

 

 

 

пх

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(то, что

ускорение

отрицательно,

 

учтено уже

знаком

tr

30/т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

минус перед последними двумя членами), получим

 

 

 

 

 

-А « * =

9,55

, p>xVxTiojx

 

 

 

д Ло/:длп

 

 

9,552^ г1оДяПо ^

п0

 

 

 

‘o/x30tT

-S

т ,

пх^0/х^т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9,55

 

п „

 

9,55

 

г,2„

к-

0.105яр

V I

J r ^

- K .

 

— по

 

 

 

n0tT

^ J m *

 

 

 

tT

 

х

е0/х

 

Подставив

в качестве Мтдз

момент,

создаваемый тормозом, можно

определить время торможения:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9,55

V

I

 

 

2

„ ,

Л 1ЛГ- .

 

г

Чо/х2 ■к

 

 

 

 

По

2

 

тхФо/** + 0. ЮЧ 2Jx~l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0/х

 

 

 

 

t’T--

 

 

 

 

 

9,55

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Щ е +

п0

{Pxvx4o/x

 

 

Пути разгона и торможения могут быть определены по формулам, приведенным в табл. 56.

Для удобства проведения всех расчетов, связанных с определением периодов разгона и торможения, а также и проверки достаточности пере­ грузочной способности двигателей и тормозного момента тормозов целе­ сообразно все данные по рассчитываемому механизму свести в таблицы, образцы которых (табл. 58, 59, 60, 61) приведены ниже.

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

58

Статические сопротивления в механизме

 

 

 

 

Скорость

Влияние статических сопротивлений на

Статическое сопротивление

работу приводного двигателя и тормоза

поступательного

 

 

 

 

Рх в кг

перемещения

Р

V

при торможении

 

v в м/сек

при пуске — х

х ■

 

 

 

11о/х

 

 

: При подъеме груза .

 

 

 

 

 

 

При передвижении крана

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ра

 

ZPxVJx =

. . •

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

59

Значения коэффициента распределения масс (усредненные)

 

Элемент

К»

 

Элемент

Км

: Вал (значение точное)

0,125

Канатный барабан

 

0.175

Тонкостенная труба

0,25

Тормозной

шкив

 

0,15

Канатный блок

0,14

Зубчатое колесо.

 

0,16

 

 

Соединительная муфта.

0,11

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

60

Динамическая характеристика вращающихся элементов механизма

 

Элемент

механизма

Вес (масса) эле­ мента в кг

Наибольший диа­ метр Dx в м

Коэффициент рас­ пределения массы Л' (см. табл. 59)

Момент инерции

J = jG x Dl KM кгмсск* Передаточное число до расчет­ ного вала /Q/х

Значение к. п. д. передач до рас­ четного вала Чо/д;

Влияние вращающихся масс на работу приводного двигателя и тормоза при

пуске

торможении

Jx

Jx^0/x

*0/хЦ0/х

.2

10/х

;Ротор двигателя

Барабан

Ходовое колесо

>

*

Л

о ■-$ CNО

V

J*4o/x_

Z j

:2

 

10/х

Динамическая характеристика поступательно движущихся элементов

Элемент

Крюковая подвеска Груз

Масса элементов G кгсек2

g м Скорость посту­ пательного пере­ мещения vx в м/сек

Значение к. п. д. передач до рас­ четного вала т1 O/JC

Влияние поступательно движущихся масс на работу приводного двигателя и тормоза при

mx vx

торможенн

пуске ----------

mvl\/x

Ъо/х

Кран

V тА

2m v2Xr)0/X =

^ п0/х

Средний пусковой момент двигателя определяется по характеристике двигателя и является наибольшим моментом, нормально создаваемым двигателем при данном числе оборотов его вала (для двигателя вну­ треннего сгорания).

Для асинхронных электродвигателей средний пусковой момент может быть определен по формуле, приведенной в п. 44.

45.ПЕРЕГРУЗКА ЭЛЕМЕНТОВ КРАНОВЫХ МЕХАНИЗМОВ

ВПЕРИОДЫ НЕУСТАНОВИВШЕГОСЯ ДВИЖЕНИЯ

Для обычного кранового механизма основную часть приведенного момента инерции составляют моменты инерции масс, для которых io/x = 1. В первую очередь ими являются массы ротора двигателя и эле­ ментов механизма, соосных с ротором.

В периоды неустановившегося движения вдоль кинематической цепи механизмов действуют моменты, определяемые общими уравнениями движения и превышающие момент статического сопротивления на вели­ чину Ми3б. Очевидно, что напряжения в элементах механизма и износ их в периоды неустановившегося движения будут больше, чем в периоды движения установившегося.

Как показывают исследования, перегрузки отдельных звеньев меха­ низма от избыточного момента различны. Кроме того, они, очевидно, тем больше, чем больше кратность ср пускового момента и чем меньше коэф­ фициент загрузки двигателя а.

Так, полный момент, развиваемый двигателем, действует лишь на роторе двигателя, а следующее звено, например, соединительная муфта, передает момент, уменьшенный на величину момента, необходимого для разгона ротора. В дальнейших звеньях механизма имеет место умень­ шение момента на величину моментов, потребных для разгона частей механизма, расположенных ближе к двигателю.

Дополнительно к принятым ранее обозначениям введем следующие: М*т — момент статического сопротивления, действующий на любом зве­

не кинематической цепи механизма, приведенный к валу двига­ теля (с учетом потерь, вызванных передачей этого момента);

Мизб — избыточный момент, действующий на любом звене кинематиче­ ской цепи механизма, приведенный к валу двигателя (также

с учетом потерь, вызванных передачей этого момента);

приведенный к валу двигателя момент инерции частей системы, начиная от рассматриваемого звена.

Для каждого звена справедливо соотношение

Мизб Jo

d(Dn

 

 

 

 

dt

 

Полный момент для рассматриваемого звена

 

Мх =М х9б + Мхст = J X0

M b'

но ранее было установлено, что

 

 

dt

 

 

 

 

 

d2n

_

dco

К э б

 

dt2

~dt

 

 

поэтому

 

 

 

 

м , =

A

ML + мхс,

 

 

*0

 

 

Но так как

Mpus6 = Mpde — Мст,

то

Мх= ^ -(м рдв- м „ ) + м ,

«Ч)

Отношение этого момента к статическому моменту и будет опреде­ лять собой коэффициент относительной динамической перегрузки дан­ ного звена:

Kl = М х = ы _ А м& - м *г

мх

^ Jo ' м*

Движущий момент при разгоне определяется кратностью пускового момента двигателя по отношению к номинальному моменту, развивае­ мому при установившемся движении:

Мдв = ФМном.

Отношение момента статических сопротивлений к номинальному мо­ менту двигателя является коэффициентом загрузки двигателя:

а= М ст

Мн

Моменты Мсти М£, равны, поэтому

К°х = 1 + ^ -

МсТ ---М ст

1Г1стмх

Jо

то есть коэффициент относительной динамической перегрузки растет с увеличением кратности пускового момента и с уменьшением коэффи­ циента загрузки двигателя.

Отнесем величину полного момента для рассматриваемого звена к номинальному моменту двигателя и назовем это отношение коэффи­ циентом динамической перегрузки данного звена:

К х —

II

М х

_ J o

у М ном Мст

 

 

 

V

'Г* ’‘HUM

 

 

Мном

J 0

 

Мном

 

Мном

а) + а

J o

,

/

- 4

т

ф +

' >

 

=

1ч

Jo )

то есть коэффициент динамической перегрузки растет как с увеличением кратности пускового момента, так и с увеличением коэффициента за­ грузки механизма.

Рис. 132. Графики перегрузки отдельных звеньев механизма:

а — коэффициент относительной динамической перегрузки; б — коэффициент динамической перегрузки

На рис. 132, а и б представлены

графики изменения К°х

и К х при

различных

коэффициентах загрузки

а и кратности пускового момен­

та ср = 2,

а на рис. 133 показаны

примерные перегрузки

отдельных

звеньев механизмов подъема груза и передвижения при номинальной их загрузке а = 1 и ф = 2. Из этого

передвижения (и вращения) уменьшения кратности перегру­ зочного момента вдоль кинемати­ ческой цепи невелико, в механиз­ мах подъема обычно значительно перегружено бывает лишь первое звено после ротора двигателя.

При выявлении инерционных динамических перегрузок в от­ дельных звеньях механизма не учитывалось, что в системе кран — механизм — груз отдель­ ные массы ее связаны между со­ бой упругими элементами (кана­ тами, валами), ввиду чего при неравномерном движении в эле­ ментах системы возникают ма­ лые упругие колебания, которые

Рис. 133. Примерный график перегрузки отдельных звеньев механизма в период

разгона:

1 — механизм подъема; 2 — механизм передвн-

в отдельных случаях могут привести к значительному возрастанию на­ грузок на отдельные звенья механизмов и крана, а в случае возникно­ вения резонанса — привести даже к аварии. Анализ этих процессов применительно к отдельным механизмам будет приведен далее, сейчас изложим некоторые общие соображения по данному вопросу.

Как было показано, развитие инерционных нагрузок происходит при наличии избыточного момента двигателя или тормоза преимущественно при иеустановившихся режимах работы.

Анализ работы механизма и развития инерционных сил производился, исходя из изменения избыточного момента по закону

 

М изб = +

М изб Н---- -

(м и з б

М ц зб)

 

 

L

гк

 

 

где

t — текущее время;

 

 

 

М'изб

tK— время неустановившегося движения: t = tp или t = tT;

и М"зб — значения

избыточного

момента

в начале и в конце пе­

риода неустановившегося движения.

Могут иметь место и другие законы изменения движущего, а следо­ вательно, и избыточного момента, поскольку MQQ= Мст+ Мизб как, на­

пример, проанализированные в работе [29], (рис. 134):

I) Mi = Мм ± - ,

 

 

 

10

 

И)Mn = MMKCs\n^- -L-

 

 

Z

Iо

 

f

 

t

 

1 — cos я ----

III)

Мш = М маке-------

IV)

М1У = Ммакс(1 - е ~ к1);

V) МУ = М ^ s i n - f - ;

VI) Mv1 =

Ммакс = const.

Здесь to — время нарастания момента от 0 до максимума;

t — текущее время.

считать

двухмассовой (рис. 134, б)

Если анализируемую систему

с одной степенью свободы, состоящей из масс J\ и / 2 , связанных жест­ костью Ci, где / 1 — это момент инерции (масса) ротора двигателя и свя­ занных с ним элементов механизма, до анализируемого звена приведен­ ных к нему, а /г — момент инерции (масса) остальных элементов си­ стемы, также приведенных к анализируемому звену, Ci — связывающая их жесткость, причем к массе ]\ приложен движущий момент МмакСу а к массе — момент сопротивлений МСу то можно составить и решить дифференциальное уравнение движения системы и найти величины на­ грузок (моментов), действующих на рассчитываемый элемент си­ стемы.

Максимальный динамический момент определяется как [29]

MlZc= Ммакскдин,

"Г •'г

где Кдин — динамический коэффициент, определяемый колебательным процессом, значения которого зависят от характера нараста­ ния движущего момента и от отношения времени to нараста­ ния движущего момента к периоду свободных колебаний