Расчетные динамические схемы грузоподъемных машин

Установлено, что около 80 % отказов современных грузоподъемных машин в основном связано с динамическими нагрузками, которые приводят к повышенному изнашиванию трущихся элементов, усталостному разрушению несущих металлоконструкций и деталей механизмов, появлению недопустимых остаточных деформаций и т. п. Это свидетельствует о важности динамических расчетов, без которых невозможно создание машин с высокими техннко-экономическими показателями.

Характерная особенность грузоподъемных машин — значительные нагрузки на механизмы от веса поднимаемого груза и собственного веса крановых металлоконструкций и низкие (по сравнению, например, с транспортными машинами) скорости движения механизмов. Кроме того, для этих машин характерна большая масса движущихся частей, работа в повторно-кратковременном режиме, гибкий подвес груза на канатах и ударное нагружение. Эти и другие факторы повышают роль динамических расчетов при проектировании грузоподъемных машин.

Динамические расчеты необходимы не только для определения нагрузок в грузоподъемных машинах. Главное состоит в том, чтобы на основе этих расчетов изменить конструкцию машины и выбрать ее параметры такими, чтобы снижались динамические нагрузки, уменьшалась изнашиваемость трущихся элементов, повышалась долговечность металлоконструкции и механизмов.

Динамический расчет начинают с составления расчетной динамической схемы машины и уравнений движения масс, входящих в эту схему. Реальные машины состоят из большого числа соединенных между собой определенным образом элементов, обладающих массой и упругостью, к которым приложены различные по значению и характеру действия внешние нагрузки. С точки зрения динамического расчета грузоподъемная машина представляет собой единую динамическую систему, состоящую из механизмов, несущей металлоконструкции, приводов, кранового рельсового пути и строительной части здания, в котором работает машина. Учесть все взаимодействующие элементы машины в динамическом расчете весьма сложно, а во многих случаях их не следует учитывать, поскольку на формирование динамических нагрузок не все факторы влияют одинаково.

От реальной машины к расчетной динамической схеме переходят, пренебрегая теми физическими факторами, которые для конкретного расчетного режима имеют несущественное значение. В общем случае при составлении расчетных динамических схем следует учитывать определяемые свойствами грузоподъемных машин и их расчетных режимов следующие физические факторы: сосредоточенные массы, распределение масс по длине силового элемента, упругую податливость силовых элементов, зависимость движущихся и тормозных усилий двигателей от скорости, изменение усилий механических тормозов во времени, изменение приведенных масс механизмов, зависимость сил трения от скорости и т. д. В каждом конкретном случае динамического расчета одни физические факторы являются главными определяющими, а другие — второстепенными. С одной стороны, это обусловливается объектом расчета, с другой — задачей динамического расчета (его целью).

Расчетная динамическая схема, т. е. модель реальной системы, должна удовлетворять двум главным требованиям: во-первых, она должна быть в известной мере адэкватна реальной системе и насколько это возможно отражать с большой подробностью основные физические свойства рассчитываемой системы; во-вторых, расчетная схема должна быть не очень сложной, чтобы решение динамической задачи оказалось бы не слишком трудоемким. Любое усложнение расчетной схемы должно быть оправдано получением более точного решения. С другой стороны, упрощение расчетной схемы не должно приводить к искажению реального физического процесса, который изучается с помощью принятой расчетной схемы.

Критерием достоверности принятой расчетной схемы является опыт, сравнение теоретического расчета с результатами эксперимента. Следует подчеркнуть, что эксперимент должен быть поставлен правильно, т. е. отражать те условия работы машины, которые изучаются и сравниваются с результатами теоретического решения. Это касается, например, режимов управления механизмами грузоподъемных машин, физических параметров поднимаемых краном грузов, состоянием рельсового пути крана и т. д.

Выбор расчетной схемы—одна из основных задач прикладной динамики. Выбрать наиболее рациональную расчетную схему помогает опыт инженера, его интуиция и умение сопоставить расчетные варианты.

Выбор той или иной расчетной схемы определяется также и задачей расчета. Если, например, задачей расчета кранового механизма является определение общих закономерностей движения его в периоды неустановившихся движений, мощности двигателя, времени разгона и торможения механизма, а также ориентировочное определение динамических усилий, передаваемых валами, канатами и т. д., то крановый механизм можно представить как одномассовую вращающуюся или поступательно движущуюся систему, к которой приложены все внешние нагрузки. В такой расчетной схеме не учитываются упругие перемещения отдельных элементов относительно друг друга (двигателя, барабана, муфт, груза и т. д.), т. е. она позволяет определить закон движения центра масс механизма.

Расчетные динамические схемы, составленные с учетом упругих деформаций отдельных элементов механизмов, содержат несколько сосредоточенных масс, соединенных между собой упругими связями. Эти схемы могут содержать элементы, масса которых не сосредоточена в какой-то точке, а распределена- по его длине. Отдельными сосредоточенными массами можно считать груз, крановую тележку, ротор двигателя, ходовые колеса и др., а упругими связями — валы, канаты, стержни, балки, стрелы.

В расчетных динамических схемах реальные параметры машин (масса, коэффициенты жесткости, податливости и демпфирования скорости и т. п.), э также внешние нагрузки заменяют приведенными величинами для упрощения расчетных уравнений и соотношений.

Приведение параметров и нагрузок производят на основании равенства общей энергии реального механизма и энергии приведенной системы. Приведение производится либо к поступательному движению, либо к вращательному движению одной из масс механизма.