|
|
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-эконо- мическими 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
иагружение. 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.
|