Скосырский Николай Прокопьевич, эксперт ЗАО «ИТЦ «КРОС»
Даньшин Виталий Васильевич, эксперт ЗАО «ИТЦ «КРОС»
Буданов Дмитрий Сергеевич, эксперт ЗАО «ИТЦ «КРОС»
Экспериментальное исследование динамических нагрузок на мостовой кран, оборудованный ограничителем грузоподъемности
Статья описывает эксперимент по определению нагрузок, воспринимаемых мостовым краном с ограничителем грузоподъемности, при подъеме грузов различной массы. Приведены описание и основные результаты эксперимента. Проанализировано влияние алгоритма с двумя промежуточными порогами срабатывания ограничителя грузоподъемности на снижение динамической составляющей нагрузки в процессе подъема груза.
Ключевые слова: мостовой кран, динамическая нагрузка, ограничитель грузоподъемности крана.
Современные ограничители грузоподъемности имеют сложные алгоритмы работы для обеспечения надежной защиты крана от перегрузки и выполнения требований нормативных документов в области промышленной безопасности. Один из таких алгоритмов, реализованный, в частности, в приборах типа ОГШ, предполагает наличие двух промежуточных порогов срабатывания, реализуемых по мере возрастания нагрузки в процессе подъема груза. Проведенные эксперименты [1] подтвердили выполнение прибором требования Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Правила безопасности опасных производственных объектов, на которых используются подъемные сооружения» [2] о недопустимости отрыва груза массой более 125% номинальной грузоподъемности, от основания.
Реализуя заложенный алгоритм, прибор кратковременно отключает двигатель механизма подъема при достижении нагрузкой установленных порогов срабатывания. Таким образом в приводе, не имеющем возможности плавного регулирования скорости, имитируется работа двигателя на более мягкой разгонной характеристике. Реализация данного алгоритма в системе управления принципиально отличает характер работы механизма подъема, что должно сказаться на величине динамической нагрузки, возникающей при подъеме груза.
Для исследования динамических нагрузок, воспринимаемых краном в процессе подъема груза при реализации алгоритма работы ограничителя грузоподъемности с двумя промежуточными порогами срабатывания, был проведен эксперимент. В эксперименте использовался мостовой двухбалочный кран грузоподъемностью 2т с короткозамкнутым электродвигателем механизма подъема. К крану подключен ограничитель грузоподъемности ОГШ-2 стендового исполнения [3] и осциллограф с тензометрическим датчиком. Схема проведения эксперимента представлена на рис.1.
рис.1. Схема проведения эксперимента:
1 – мостовой кран; 2- ограничитель грузоподъемности стендового исполнения; 3-тензодатчик ограничителя грузоподъемности; 4- осциллограф; 5- тензодатчик осциллографа; 6- груз.
Нагружение крана производится наборными грузами. Тензометрический датчик ограничителя грузоподъемности установлен на стропе, используемом для навески груза на крюк крана. Исполнительное реле прибора включено в электросхему крана таким образом, что при срабатывании ограничителя грузоподъемности происходит размыкание цепи катушки электромагнитного пускателя «вира». Контакты исполнительного реле имеют возможность принудительной блокировки. Таким образом обеспечивается возможность использовать кран как с подключенным ограничителем грузоподъемности, так и без него. Второй тензометрический датчик установлен на неподвижной ветви грузового каната (кратность полиспаста механизма подъема n=2), его сигнал выводится на осциллограф с возможностью записи.
Ограничитель грузоподъемности настроен на номинальную нагрузку Qном=1,6т. При этом для обеспечения корректной работы ограничителя грузоподъемности на данном кране, установлены промежуточные пороги срабатывания Q1= 30% Qном и Q2= 45% Qном [1]. Изменение усилия в грузовом канате (с учетом динамической составляющей) в процессе подъема груза записывается осциллографом. Получаем осциллограмму затухающего колебательного процесса, максимальная амплитуда которого характеризует динамическое усилие в канате при отрыве груза, а установившееся значение – статическую нагрузку на кран (рис.2).
рис.2. Осциллограмма усилия в грузовом канате при подъеме груза:
Qстат. – статическая нагрузка на кран; Qmax – максимальная воспринимаемая краном нагрузка; Q1, Q2– промежуточные пороги срабатывания.
Эксперимент последовательно повторяется по три раза для случая с заблокированным и подключенным ограничителем грузоподъемности. После осреднения полученных результатов и наложения экспериментальных кривых нагрузки видим изменение воспринимаемого краном динамического усилия в процессе подъема груза.
При попытке подъема груза на 25% превышающего номинальную грузоподъемность получены результаты, представленные на рис.3.
рис.3. Усилие в грузовом канате при попытке подъема груза 1,25 Qном:
_____ с отключенным ограничителем грузоподъемности;
__ _ __ при работе ограничителя грузоподъемности.
В данном эксперименте, как и ожидалось, зафиксировано, что ограничитель грузоподъемности снизил установившееся значение усилия в грузовом канате после завершения колебательного процесса. При работе с отключенным ограничителем грузоподъемности груз полностью отрывается от основания и, соответственно, установившееся усилие в грузовом канате соответствует весу поднятого груза – 19,6кН. Поскольку ограничитель грузоподъемности не допускает отрыва груза от основания, установившееся усилие в канате снизилось до 18,9кН, т.е., примерно, на 5%.
Однако, более важным результатом является зафиксированное снижение максимальной (пиковой) нагрузки, определяемой динамической составляющей. Имитация ограничителем грузоподъемности более мягкой разгонной характеристики двигателя приводит к уменьшению ускорения груза при отрыве и, как следствие, к уменьшению динамической составляющей нагрузки, воспринимаемой краном. В данном эксперименте максимальная динамическая нагрузка:
Qдин.max= Qmax – Qстат.;
Qдин.max1=3,9 кН – при подъеме груза с отключенным ограничителем грузоподъемности;
Qдин.max2=2,8 кН – при попытке подъема груза с включенным ограничителем грузоподъемности.
Следует заметить, что при попытке подъема груза 125% Qном кран, с выключенным ограничителем грузоподъемности за счет динамической составляющей, подвергся воздействию пиковой нагрузки 150% Qном. В то же время, реализация алгоритма с двумя промежуточными порогами срабатывания в ограничителе грузоподъемности позволила снизить пиковую нагрузку до 142% Qном. Хотя данный параметр не устанавливается нормативными документами, снижение динамической нагрузки, очевидно, очень важно с точки зрения обеспечения долговечной и безопасной работы грузоподъемного крана. В нашем случае, снижение динамической составляющей нагрузки, воспринимаемой краном, составило:
Qдин.max1 - Qдин.max2 / Qдин.max1 = 28%.
Следующим этапом эксперимента был подъем груза 112,5%Qном (1,8т). Ограничитель грузоподъемности допускает полный отрыв такого груза от основания. Однако, как видно из результатов эксперимента (рис.4), работа ограничителя грузоподъемности позволила снизить пиковую нагрузку со 133% Qном до 128% Qном. Таким образом, снижение динамической составляющей нагрузки, воспринимаемой краном, составило 21%. Особо следует отметить, что даже при подъеме груза массой больше номинальной грузоподъемности, примененный алгоритм ограничителя грузоподъемности допустил лишь незначительное превышение пиковой нагрузки регламентированных 125% Qном.
рис.4. Усилие в грузовом канате при подъеме груза 112,5% Qном:
_____ с отключенным ограничителем грузоподъемности;
__ _ __ при работе ограничителя грузоподъемности.
Надо отметить, что описанный выше алгоритм работы ограничителя грузоподъемности реализуется не только при срабатывании прибора на запрет, в случае попытки подъема недопустимого груза. Ограничитель грузоподъемности имитирует работу электродвигателя на более мягкой разгонной характеристике при подъеме любого груза, создающего при подъеме усилие, превышающее нижний порог срабатывания. Таким образом, в наших условиях, следует предполагать снижение максимальной нагрузки, воспринимаемой краном, уже при подъеме грузов массой более 30% Qном.
Результаты экспериментов с грузами 100% Qном (1,6 т) и 87,5% Qном (1,4 т) представлены на рис.5.
а) усилие в грузовом канате при подъеме груза 100% Qном;
рис.5. Усилие в грузовом канате при подъеме груза:
_____ с отключенным ограничителем грузоподъемности;
__ _ __ при работе ограничителя грузоподъемности.
В результате обработки экспериментальных данных получено: – при подъеме груза 100% Qном (15,7 кН) динамическая составляющая нагрузки на кран снизилась на 20% (с 3,0 кН до 2,4 кН); – при подъеме груза 87,5% Qном (13,7 кН) динамическая составляющая нагрузки на кран снизилась на 18% (с 2,8 кН до 2,3 кН).
Таким образом, экспериментально доказана возможность снижения динамической нагрузки, воспринимаемой краном при подъеме груза, при применении алгоритма работы с промежуточными порогами срабатывания в ограничителе грузоподъемности. Указанный эффект реализуется при работе крана с грузами, масса которых превышает нижний порог срабатывания, т.е. уже начиная с грузов в 50% Qном , что должно положительно сказаться на надежности работы и долговечности узлов и механизмов крана. Наибольшее практическое значение указанный эффект имеет при работе крана с грузами близкими, или даже превышающими номинальную грузоподъемность. В таких режимах рассмотренный алгоритм работы ограничителя грузоподъемности позволяет надежно защитить кран от воздействия недопустимых нагрузок.
Литература:
1. Иванов С.Д. Обеспечение корректной работы ограничителей грузоподъемности кранов мостового типа // Механизация строительства. 2014. № 5.
2. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности. «Правила безопасности опасных производственных объектов, на которых используются подъемные сооружения».
3. Иванов С.Д. Стенд для изучения работы ограничителя грузоподъемности и регистратора параметров работы мостового крана // Механизация строительства. 2012. № 8.
