ГЛАВА 12 ДИНАМИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ
МАШИН
12.1.
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
технико-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 адекватна 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.