Основные теоретические положения. На стреловых кранах, у которых изменение вылета груза осу­ществляется путем качания стрелы, применяются неуравновешенные и уравновешенные стреловые

 

На стреловых кранах, у которых изменение вылета груза осу­ществляется путем качания стрелы, применяются неуравновешенные и уравновешенные стреловые устройства.

При неуравновешенных стреловых устройствах подъем или опуска­ние стрелы будет сопровождаться подъемом или опусканием груза. Кроме того, стрелы таких кранов, как правило, не уравновешиваются противовесами. Поэтому качание стрелы с грузом требует значительной мощности привода механизма изменения вылета. По этой причине на кранах с неуравновешенными стреловыми устройствами изменение выле­та стрелы является установочным движением и производится обычно при отсутствии груза. Отметим, что при качающихся стрелах вылет груза и вылет стрелы адекватны, так как крюковая подвеска подвешивается к блокам на оголовке стрелы.

Примером применения неуравновешенных стреловых устройств являются автомобильные, пневмоколесные, гусеничные и железнодо­рожные краны, за исключением тех кранов, где установлена телеско­пическая стрела.

При телескопических стрелах изменение вылета путем выдвиже­ния секций разрешается производить при подвешенном на стреле грузе. Но эти стрелы в настоящей работе не рассматриваются.

Уравновешенные стреловые устройства применяются на тех кра­нах, где изменение вылета груза является рабочим движением. Эти устройства обеспечивают идеально горизонтальную или близкую к горизонтали траекторию движения груза. При этом вес стрелы и свя­занных с ней элементов (канаты, блоки, хобот, оттяжка и т.д.) уравновешиваются с помощью подвижного стрелового противовеса.

В случае отклонения траектории груза от горизонтали или при неполном уравновешивании элементов стрелового устройства привод механизма изменения вылета преодолевает сопротивления в виде мо­мента от негоризонтальности перемещения груза М_нг и момента от неуравновешенности стрелового устройства М_ну, приведенных к оси качания стрелы.

Рассматривая только устройства, обеспечивающие горизонтальную траекторию груза, различают следующие типы уравновешенных стрело­вых устройств:

1 Прямая стрела с уравнительным полиспастом.

2 Прямая стрела с уравнительным блоком.

3 Прямая стрела с уравнительным барабаном,

4 Прямая стрела с подвижным шарниром качания.

5 Шарнирно-сочлененное стреловое устройство с профилирован­ным хоботом и гибкой оттяжкой.

6 Шарнирно-сочлененное стреловое устройство с прямым хоботом и гибкой оттяжкой.

7 Шарнирно-сочлененное стреловое устройство с прямым хоботом и жесткой оттяжкой.

8 Шарнирно-сочлененное стреловое устройство с прямым хоботом, жесткой оттяжкой и подвижной осью качания стрелы (с шарнирным па­раллелограммом).

Из вышеперечисленных типов идеально горизонтальное перемещение груза при качании стрелы достигается при стреловых устройствах по и.4 (портальный кран с откатной стрелой фирмы "Кампнагель", Герма­ния [14]) и по пп.5, 8 (краны фирмы "Вабкок-Вилькокс", "Ганц", "Кампнагель [5]). Однако, при этом усложняется конструкция стреловых устройств, что ограничило их применение на стреловых кранах.

Стреловые устройства по пп.1,2,3,6,7 не обеспечивают идеально горизонтальной траектории груза, но вследствие незначительных откло­нений груза от горизонтали и упрощенной конструкции получили широ­кое распространение на портальных, плавучих, башенных и других типах кранов. Например, на 90% портальных кранов применяются следующие типы стреловых устройств: шарнирно-сочлененные (пп.6 и 7) - 47%, с уравнительным полиспастом (п.1) - 32%, с уравнительным блоком (п.2) - 10% [16]. Стреловые устройства с уравнительным барабаном (п.3) наиболее широко распространены на башенных кранах с подъемной стрехой и на стреловых самоходных кранах.

В настоящей лабораторной работе предметом изучения являются стреловые устройства по пп.1,3 и 7.

Прямая стрела с уравнительным полиспастом (рисунок 5.1) обеспечива­ет пологую траекторию движения груза вследствие изменения длины L_{уп .} уравнительного полиспаста, в результате чего за счет перекатывания каната изменяется длина подвеса груза l_i.

 

1 - подъёмная лебедка; 2 - уравнительный полиспаст;

3 - стрела; 4 - грузовой полиспаст

 

Рисунок 5.1 - Прямая стрела с уравнительным полиспастом

 

 

При качании стрелы усилием F суммарная длина каната L_к в уравнительном и гру­зовом полиспастах остается постоянной.

 

. /5.1/

При этом с уменьшением l_уп увеличивается l_i, и наобо­рот.

В общем случае ордината у (см.рис.5.1) зависит от длины стрелы L_c, угла наклона стрелы φ, размеров S и , длины каната и кратности полиспастов.

Наименьшие значения имеет место при следующих значе­ниях параметров

 

 

Вариант 1

, U_y =3, U_г = 1.

Вариант 2

, U_y =5…6, U_г = 2.

Момент от негоризонтальности перемещения груза можно вычислить по формуле [14]

, (5.2)

где .

Следует отметить, что перекатывание грузового каната по блокам при качании стрелы снижает срок службы каната.

Прямая стрела с уравнительным барабаном (рисунок 5.2) также обеспе­чивает приблизительно горизонтальное перемещение груза при качании стрелы благодаря тому, что одна ветвь простого грузового полиспаста навивается на уравнительный барабан, жестко соединенный со стрелоподъемным барабаном.

При этом направления навивки грузового и стре­лового канатов являются противоположными.

 

.

1 - грузовой барабан; 2 - стрелоподъёмный барабан; 3 - уравнительный барабан; 4 – стрела; 5 – стрелоподъёмный полиспаст; 6 – грузовой полиспаст

 

Рисунок 5.2 - Прямая стрела с уравнительным барабаном

 

С помощью уравнительного барабана увеличивается длина подвеса груза при подъеме стрелы и наоборот, т.е. происходит перекатывание грузового каната по блокам, снижающее его долговечность,

В общем случае траектория горизонтального движения груза за­висит от кратности страхового и грузового полиспастов, длины стрелы, координат оси качания стрелы я оси неподвижных блоков, диаметра и конфигурации уравнительного барабана.

При изменении угла наклона стрелы от φ_min до φ_max максимальное вертикальное перемещение груза может быть определено по формуле [15]

 

(5.3)

,

где L_c - длина стрелы (L_c = [AB], cм. рис.5.2);

H - превышение по высоте оси неподвижных блоков над осью качания стрелы;

U_c - кратность стрелового полиспаста;

V_г и V_c - скорости соответственно грузового каната, навивающе­гося на уравнительный барабан, и стрелового каната.

Формула (5.3) получена для случая, когда канат со скоростя­ми V_г и V_с на участке от оголовка стрелы до оси неподвижных блоков параллельны между собой.

Шарнирно-сочлененное стреловое устройство с прямым хоботом и жесткой оттяжкой при проходе грузовых канатов по периметру стре­ловой системы (вдоль хобота и вдоль оттяжки) имеет эквидистантные траектории конца хобота (точка А) и груза (рисунок 5.3).

 

1 - прямой хобот; 2 - оттяжка; 3 – механизм подъема; 4 - стрела

Рисунок 5.3 - Шарнирно-сочлененное стреловое устройство

Поэтому при проектировании необходимо добиться приемлемой траектории конца хобота. При качании стрелы длина подвеса груза остается постоянной, поскольку перекатывания грузового каната по блокам не происходит. Значения и М_нг определяются графиче­ским или аналитическим методом [14,17,18].

Максимальные допускаемые и фактические значения для различных типов стреловых кранов приведены в таблице 5.1.

 

 

Таблица 5.1 - Отклонения груза от горизонтали

Тип крана	Максимальное допускаемое значение	Фактические значения	Примечание
Портальные	0,15 (ГОСТ 11283 – 73)	(0,01…0,04)	-
Плавучие перегрузочные	0,1 (ГОСТ 5534– 79)	-	-
Судовые	0,07 (ГОСТ 25938 – 83)	-	-
Башенные	0,1 Rmax (ГОСТ 13556 – 85)	0,015…0,048	При двукратном стреловом полиспасте
Самоходные стреловые	-	(0,025…0,03)	-

 

В таблице 5.1 обозначено

,

 

где R_max и R_min - максимальный и минимальный вылет груза.

Неуравновешенный грузовой момент М_нг оказывает влияние на нагруженность механизма изменения вылета и элементов стрелового уст­ройства, на параметры системы уравновешивания с помощью противовеса. Характер изменения М_нг определятся характером траектории движе­ния груза при изменении вылета. На рисунке 5.4 в качестве примера показаны траектории груза и соответствующие им моменты М_нг, приведенные к оси качания стрелы.

 

 

Рисунок 5.4 - Траектории движения груза и кривые неуравновешенных

грузовых моментов до прямой стрелы с уравнительным

полиспастом (а) и для шарнирно-сочлененного

стрелового устройства (б)

 

При известной траектории движения груза, построенной в виде зависимости у = f(φ), где φ - угол наклона стрелы (см.рис.5.1, 5.2, 5.3), величину М_нг можно определить из уравнения работ

, (5.4)

где G - вес подвешенного груза;

и - малое перемещение грузf по вертикали и соответствующее ему малое угловое перемещение стрелы.

Тогда

, (5.5)

где - тангенс угла, образованного касательной к траектории груза с осью абсцисс (рис.5.5).

 

 

Рисунок 5.5 - Схема к определению М_нг

 

При решении задачи во оптимизации стреловых устройств в ка­честве критерия оптимизации принимается масса устройства [17,18]. При этом, чтобы исключить из рассмотрения неприемлемые по моменту М_нг варианты, принимают на вылете R_max граничный момент [18] (см.рис.5.4)

для прямой стрелы с уравнительным полиспастом

М_нг = М₁ = 0

для шарнирно-сочлененного стрелового устройства

М_нг = М₁ = -0,25G .

Момент М₂ (см.рис.5.4) определяет в ходе оптимизации.