Для управления двух- и четырехканатаными грейферами используются следующие типы грейферных двухбарабанных лебедок [5]
1 Двухмоторные лебедки с независимым приводом замыкающего и поддерживающего барабанов.
2 Двухмоторные лебедки с планетарной передачей.
3 Одномоторные лебедки с кинематической связью между барабанами.
Наибольшее распространение получили грейферные лебедки первого типа. Они состоят из двух однотипных однобарабанных лебедок. В приводах используются двигатели переменного тока с фазным ротором и постоянного тока с параллельным и последовательным возбуждением.
Основные требования к электроприводам грейферной лебедки первого типа:
1 Плавное регулирование скорости двигателей.
2 Ограничение момента двигателей замыкающей и поддерживающей лебедки.
3 Возможность сочетания движения замыкающих и поддерживающих канатов с разными скоростями.
4 Идентичность механических характеристик обоих двигателей.
Уровень нагрузок в канатах грейферной лебедки в общем случае определяется особенностями управления грейфером, механическими характеристиками двигателей, электросхемой управления двигателями, скоростями движения канатов, конструкцией грейфера, свойствами зачерпываемого материала и т.д.
|
|
При зачерпывании работает только замыкающая лебедка, в то время как тормоз поддерживающей лебедки открыт для обеспечения слабины поддерживающих канатов. Возможен вариант, когда слабина этих канатов достигается периодическим включением на спуск двигателя поддерживающей лебедки.
При зачерпывании нагрузка в замыкающих канатах возрастает по мере закрытия грейфера и к моменту повисания груженого грейфера только на замыкающих канатах достигает величины (здесь и далее используются те же обозначения, что и в работе 1)
(2.1)
где Gгр и Gм - вес соответственно грейфера и материала.
После зачерпывания осуществляется подъем груженого грейфера обоими механизмами лебедки. На практике применяются два варианта включения двигателей на подъем груженого грейфера.
Первый вариант. В конце зачерпывания при работающем двигателе замыкающей лебедки включается на подъем двигатель поддерживающей лебедки. С целью снижения динамических нагрузок в замыкающих канатах предпочтительно такое управление грейфером, когда к моменту его отрыва уменьшается скорость замыкающих канатов (при этом замыкающий двигатель переводится с естественной на промежуточную характеристику), а поддерживающий двигатель включается с некоторым упреждением до окончания зачерпывания, с последующим переводом замыкающего двигателя на естественную характеристику.
|
|
Второй вариант. В конце зачерпывания двигатель замыкающей лебедки выключается. Затем одновременно включаются на подъем оба двигателя.
В начале подъема нагрузки в канатах будут равны
(2.2)
Sп = 0,
вследствие чего при включении поддерживающего двигателя
Vп.п Vз.п,
что, в свою очередь, приведет к перераспределению усилия в канатах. При одинаковых и смягченных механических характеристиках двигателей это перераспределение закончится выравниванием скорости и нагрузок в канатах.
На практике трудно добиться полного совпадения характеристик двигателей, что позволяет говорить лишь о примерном равенстве нагрузок в замыкающих и поддерживающих канатах при подъеме груженого грейфера
(2.3)
Эти нагрузки действуют в течение значительного периода времени в цикле грейферной лебедки и поэтому принимаются в качестве расчетных при выборе канатов. Вместе с тем эксплуатационные испытания показали, что нагрузка на оба типа канатов достигает до 60% от веса груженого грейфера. Эти перегрузки канатов является кратковременными и при выборе канатов учитываются достаточно большим коэффициентом запаса прочности, который принимается по таблице 2.1.
Таблица 2.1 - Значения коэффициента запаса прочности каната
Режим работы грейферной лебёдки | Обозначение режима и значения коэффициента запаса прочности n | ||
По нормам Гогортехнадзора | По ГОСТ 25835 – 83 | По ИСО 4301/1 | |
Тяжёлый | T; n=6 | 5M; n=7,1 | M7; n=7,1 |
Весьма тяжёлый | BT; n=6 | 6M; n=9,0 | M8; n=9,0 |
При раскрытии груженого грейфера, осуществляемом, как правило, при Vn = 0 и Vз = Vз.с, происходит уменьшение нагрузки в замыкающих канатах и возрастание ее в поддерживавших канатах. При полном раскрытии грейфера (при ослабленных замыкающих канатах)
Sn = Gгр, Sз = 0 (2.4)
Наибольшая статическая нагрузка в поддерживающих канатах также может быть равна весу груженого грейфера в следующих операциях:
1 При раскрытии груженого грейфера с влажным или липким материалом при таком сочетании движения канатов:
I вариант Vn = 0 и Vз = Vз.с;
П вариант Vз = 0 и Vп = Vп.п;
Ш вариант Vп.п Vз.п.
2 При отрыве груженого грейфера, когда
Vп = Vп.п и Vз = 0, или Vп.п Vз.п.
При спуске раскрытого грейфера челюсти начинают постепенно закрываться, поскольку разгруженный замыкающий двигатель отстает от поддерживающего, который нагружен полным весом порожнего грейфера и вращается со сверхсинхронной скоростью (работает в генераторном режиме). Чтобы синхронизировать скорости обоих двигателей в данном случае предусматривают электрическую или механическую синхронизацию вращения якорей. В качестве механической синхронизации применяют, например, редуктор-синхронизатор с фрикционной муфтой [4]. Синхронизаторы вводятся в действие крановщиком путем нажатия кнопки или педали. При отсутствии синхронизаторов постепенное закрытие грейфера будет приводить к увеличению нагрузки в замыкающих канатах и уменьшению ее в поддерживающих. Следует отметить, что при небольшой высоте подъема грейфера эти изменения нагрузок в канатах по сравнению с нагрузками в выражения (2.4) незначительны. На практике вместо синхронизаторов используется прием, когда ори спуске раскрытого грейфера создается необходимая слабина замывающих канатов.
На основании вышеприведенного анализа отдельных операций в цикле грейфера построена диаграмма изменения усилий в замыкающих и поддерживающих канатах (рисунок 2.1).
1 – зачерпывание материала; 2 - подъем и спуск груженого грейфера;
3 - раскрытие груженого грейфера; 4 - подъем и спуск порожнего грейфера
Рисунок 2.1 - Изменение усилий в замыкающих и поддерживающих
канатах за цикл работы грейфера
Поскольку в конце зачерпывания имеет место кратковременная перегрузка двигателя замыкающей лебедки, а поддерживающая и замыкающая лебедки выполняются унифицированными, то мощность двигателя каждой лебедки рассчитывают по формуле
|
|
. (2.5)
Определенный интерес представляет собой мощность, расходуемая замыкающей лебедкой на зачерпывание материала. Независимо от рода груза эта лебедка в каждом цикле нагружается полным весом груженого грейфера. У неопытных крановщиков поддерживающая лебедка после зачерпывания включается со значительным опозданием, обусловливая тем самым перегрузку замыкающей лебедки.
Задача состоит в том, чтобы определить расход мощности на зачерпывание и сравнить ее с мощностью, рассчитываемой по формуле (2.5).
В период зачерпывания нагрузка в замыкающих канатах, как было показано выше, изменяется от 0 до величины Sз = Gгр + Gм. Предполагая своевременное подключение поддерживающей лебедки в конце зачерпывания, формулу для расчета мощности на зачерпывание материала можно представить в виде
, (2.6)
где Sзэ - эквивалентная среднеквадратическая нагрузка в замыкающих канатах за период зачерпывания tз (см.рис.2.1).
Получение аналитическими методами зависимости Sз = f(t) за период зачерпывания tз весьма сложно, поэтому предпочтительными являются экспериментальные методы. Как показали исследования [7], экспериментальные данные можно аппроксимировать теоретической зависимостью Sз = f(t), что значительно упрощает определять Sз э. Рекомендуется определять Sз э по формуле
, (2.7)
где Sз i - текущие экспериментальные значения Sз в течение периода времени tз.
При Vз = const находим
, (2.8)
где lmax и lmin - максимальное и минимальное расстояния между блоками верхней и нижней траверс грейфера.