Скосырский Николай Прокопьевич, эксперт ЗАО «ИТЦ «КРОС»
Даньшин Виталий Васильевич, эксперт ЗАО «ИТЦ «КРОС»
Буданов Дмитрий Сергеевич, эксперт ЗАО «ИТЦ «КРОС»
Применение ограничителя грузоподъемности для снижения динамической нагрузки на кран в процессе подъема груза
В статье рассмотрены вопросы повышения безопасности использования мостовых грузоподъемных кранов, при их оборудовании ограничения грузоподъемности. Рассмотрен оригинальный алгоритм работы прибора «ОГШ-2». Приведены результаты экспериментальных исследований, доказавших возможность снижения динамической нагрузки, действующей на кран в процессе подъема груза.
Для защиты грузоподъемных кранов от возможной перегрузки при подъеме груза предусмотрено использование специальных приборов безопасности – ограничителей грузоподъемности. Согласно Федеральным нормам и правилам в области промышленной безопасности “Правила безопасности опасных производственных объектов, на которых используются подъемные сооружения” нагрузка на кран мостового типа не должна превышать 125% номинальной грузоподъемности Qном, при этом груз не должен отрываться от основания [1]. Для обеспечения данного требования ограничители грузоподъемности выдают в систему управления крана команду на отключение двигателя механизма подъема при достижении установленных порогов нагрузки в 105-115% .
Нагрузка, действующая на кран в процессе подъема груза, складывается из статической и динамической составляющих. Если статическая составляющая определяется массой поднимаемого груза, то динамическая зависит так же от реализуемого ускорения при движении груза, которое, в свою очередь, определяется динамическими характеристиками грузоподъемного крана и стилем работы оператора, и может изменяться в очень широких пределах. Таким образом, за счет динамической составляющей, реально действующее на кран усилие может превышать допустимую нагрузку даже при работе крана с грузами в пределах паспортной грузоподъемности, не говоря уже о попытках подъема груза, превышающего грузоподъемность крана. Таким образом, несмотря на формирование команды останова при 105-115% Qном, прибор ограничителя грузоподъемности не защищает кран. С одной стороны, при подъеме груза в пределах паспортной грузоподъемности, достижение динамической нагрузки указанного порога приведет к остановке крана и, как следствие, невозможности поднять разрешенный груз. С другой стороны, при попытке подъема груза сверх паспортной грузоподъемности, вследствие наличия инерционных процессов торможения, динамическая нагрузка продолжит возрастать. При этом груз массой и более 125% Qном будет оторван от снования.
Решение задачи надежной защиты крана от воздействия недопустимых нагрузок и, таким образом, выполнения требований Федеральных правил в области промышленной безопасности возможно за счет применения специального алгоритма, реализованного в программном обеспечении ограничителей грузоподъемности, выпускаемых ЗАО «Инженерно-технический центр «КРОС».
Метод уменьшения динамической нагрузки заключается в установке с помощью программы, оптимальных значений порогов предварительного останова и последующей реализации в процессе работы с краном, которая при достижении данных порогов, предусматривает отключение двигателя на 0,5 секунд за счет размыкания управляющего реле [2].
Специалистами ЗАО «ИТЦ «КРОС», совместно с кафедрой «Подъемно-транспортные системы» МГТУ им. Н.Э. Баумана проведены исследования, с целью изучения динамических процессов, возникающих при подъеме груза мостовым краном, оборудованным ограничителем грузоподъемности. В экспериментах принимал участие мостовой двухбалочный кран грузоподъемностью 1,6т и ограничитель грузоподъемности со встроенным регистратором параметров «ОГШ-2И» производства ЗАО «ИТЦ «КРОС».
Эксперимент предусматривал нагружение крана грузами массой от 1,4 тонны до 2,0 тонн с шагом 0,2 тонны. При этом сравнивались действующие на кран нагрузки в случае подъема груза без ограничителя грузоподъемности и при использовании ограничителя грузоподъемности «ОГШ-2И». Предварительно, ограничитель грузоподъемности был настроен на номинальную грузоподъемность 1,6т, в программе ограничителя грузоподъемности установлены значения предварительных порогов срабатывания в 30% и 45% Qном, а также порог безусловного запрета в 110% Qном. Основные условия проведения эксперимента были следующими. Каждый грузы поднимался по три раза. Запись осциллограммы изменения усилия в канате механизма подъема осуществлялась непрерывно с помощью светолучевого осциллографа ИЗОТ. Каждый последующий эксперимент проводился после полного успокоения колебаний, вызванных предыдущим экспериментом. Кран находится над колоннами рельсового пути, грузовая тележка – в крайнем положении, что обеспечивает наибольшую динамичность за счет увеличения общей жесткости системы.
После проведения серии экспериментов получаем результаты в виде осциллограмм изменения нагрузки в канате механизма подъема в процессе подъема грузов различной массы. Вид полученных осциллограмм представлен на рис.1. Обработку осциллограмм проводим графически с использованием компьютерных средств.
Рис.1. Осциллограмма изменения нагрузки в канате механизма подъема крана
График в координатах «усилие в канате» (ось ординат) – «время» (ось абсцисс) получаем обрисовывая полученные осциллограммы с помощью кривой Безье. Масштаб определяем, находя статическую составляющую нагрузки, которая равна весу поднимаемого груза после затухания колебательного процесса. Для определения эффекта, вызванного работой алгоритма прибора «ОГШ-2», накладываем полученные графики при работе крана с грузами одинаковой массы. Полученные результаты приведены на рис.2.
Проводим статистическую обработку результатов эксперимента. При этом коэффициент динамичности определяем как отношение максимально действующей нагрузки к величине статической нагрузки в данном эксперименте:
Кдин = Smax / Sст
Максимальную нагрузку на кран в каждой серии экспериментов определяем как среднее значение величины первого пика колебательного процесса:
Smax = ∑ Si / n
Среднее квадратическое отклонение нагрузки определяем по формуле:
∆ = √ ∑(Si – Smax) 2/n
Результаты обработки полученных данных приведены в таблице (в числителе представлены результаты для работы крана без ограничителя грузоподъемности, в знаменателе – с использованием прибора «ОГШ-2).
Таким образом, в ходе проведенных экспериментов доказано, что разработанный ЗАО «ИТЦ «КРОС» алгоритм работы ограничителя грузоподъемности «ОГШ-2» позволяет уменьшить коэффициент динамичности при работе с грузами в пределах паспортной грузоподъемности – около 10%, а при попытках подъема груза, превышающего грузоподъемность крана – более чем на 25% не позволяет оторвать груз от земли. При этом обеспечивается не только выполнение требований действующих правил промышленной безопасности, но и происходит снижение максимально действующей динамической нагрузки, воспринимаемой краном в процессе подъема груза, на величину около 10%. Очевидно, что отмеченное снижение динамических нагрузок на кран, обеспечиваемое работой ограничителя грузоподъемности «ОГШ-2», будет иметь положительные последствия с точки зрения обеспечения долговечности и безотказности работы как механизма подъема крана, так и всех элементов его силовой конструкции.
Литература:
1. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности. Правила безопасности опасных производственных объектов, на которых используются подъемные сооружения. Утверждены приказом Ростехнадзора №533.
2. Иванов С.Д. Экспериментальное исследование динамических нагрузок на мостовой кран, оборудованный ограничителем грузоподъемности // Механизация строительства. 2015. № 2.
