Одно из направлений развития краностроения

В периодической печати широко освещаются вопросы развития грузоподъемной техники. Вершиной краностроения на сегодня следует считать краны с подвижным противовесом, управляемым компьютером. Самыми показательными характеристиками уровня современных кранов являются: масса поднимаемого груза на единицу собственной массы крана, затраты энергии на перемещение единицы массы поднимаемого груза, а также количество перемещаемого груза в единицу времени и такие эксплуатационные качества как возможность работы на менее плотном грунте, маневренность, обусловленная малой собственной массой или малым водоизмещением, малым воздействием на окружающую среду, выраженным уменьшенными нагрузками на опору и выделением вредных веществ в атмосферу. Массу стационарно закрепленного на поворотной части крана противовеса обычно выбирают из расчета, чтобы его момент полностью уравновешивал момент от собственного веса крана и половину его грузового момента. В зависимости от конструктивных особенностей крана масса противовеса может достигать значительной величины и составляет около 20-25% от массы поворотной платформы или 10-15% массы всего крана. Задумайтесь, это сколько же энергии расходуется на перемещение этих ненужных балластных масс при работе крана. Без противовеса нагрузка на металлоконструкцию и механизмы приводов была бы значительно меньше, а это значит что они стали бы тоже легче. Выполнение противовеса подвижным позволяет уменьшить массу крана, снизить затраты энергии, улучшить и другие связанные с этим характеристики, за то возрастают габариты, т.к. противовес приходится далеко относить от оси поворота крана. Вот тут и возникает противоречие. С одной стороны более легкая конструкция крана позволит снизить затраты, увеличить скорости а следовательно и производительность, с другой уменьшаются зоны использования крана. Увеличение массы противовеса ведет к снижению удельных характеристик. Недостатком известных кранов является большая металлоемкость и энергоемкость, обусловленные наличием балластной массы противовеса и большой массой механизмов, которая вызвана повышенными нагрузками из за наличия противовеса, а также сильное воздействие на окружающую среду, выражающееся повышенным давлением на грунт. Недостатком известных кранов является также и малая эффективность повышения грузового момента, т.к. перемещается только часть массы поворотных элементов устройства, т.е. противовес, что вызывает недостаточное изменение грузового момента. Если проследить стадии развития стрелового краностроения по наиболее существенным параметрам, таким как: удельная грузоподъемность или грузовой момент, удельная энергоемкость и т.д., то видна следующая линия их совершенствования. Простой Г-образный кран без противовеса; Стреловой кран с противовесом; Стреловой кран со съемным противовесом; Стреловой кран с подвижным противовесом; Стреловой кран с подвижным противовесом, положение которого регулируется компьютером в зависимости от нагрузки. Рассматривая тенденцию развития противовеса, из двух последних шагов можно сделать вывод, что подвижный противовес, в привычном для нас виде, полностью исчерпал свои возможности и дальнейшее его развитие возможно лишь в совокупности с другими системами крана. В подтверждение сказанному может служить недавно созданное новое техническое решение (патент № 2281242 «Способ уравновешивания грузоподъемного стрелового крана и устройство для его осуществления», которое позволяет одновременно улучшить практически все характеристики крана. Оно открывает новое перспективное направление в краностроении. Построение математической модели на базе данных железнодорожного крана грузоподъемностью 16 тонн показывает, что новый кран при той же массе способен поднимать груз в 2 раза тяжелее почти во всей зоне обслуживания. И это не предел. В чем же заключается суть данного феномена? Суть заключается в использовании в качестве подвижного противовеса массы всего функционального оборудования, т.е. силовой установки, редукторов, лебедок, самой стрелы и всей металлоконструкции поворотной части крана. Изобретение позволяет более эффективно увеличить грузовой момент крана за счет перемещения в качестве противовеса большей, в процентном отношении, массы поворотных элементов, снизить металлоемкость и энергоемкость путем исключения балластных масс и затрат энергии на их перемещение, а также уменьшить воздействие на окружающую среду. Предлагаемый грузоподъемный кран содержит основание, на котором установлено опорно-поворотное устройство, на верхней поворотной части которого выполнены направляющие, на которых с возможностью перемещения установлена платформа с грузовой стрелой и крюком, приводом подъема груза, приводом изменения вылета стрелы. Платформа снабжена приводом для перемещения по направляющим. Основание может быть например: стационарным, плавучим, передвижным или самоходным, на колесном, гусеничном или ином ходу. В исходном положении расстояние "a" от центра тяжести ЦТ платформы до оси опорно-поворотного устройства обеспечивает минимальный восстанавливающий момент, крюк крана расположен над грузом, при этом стрела находится в положении I и вылет стрелы соответствует величине "С". Работает кран следующим образом. Включают привод механизма подъема груза или привод изменения вылета стрелы в сторону увеличения (если груз уже висит на крюке). По мере натяжения каната или увеличения вылета "С", грузовой момент возрастает и устойчивость т.е. соотношение грузового и восстанавливающего моментов, изменяется. Мгр = РґС, где: Р - сила тяжести груза; С - вылет стрелы (расстояние от ребра опрокидывания до точки подвеса груза). Мвост = Мосн+Qґ(a+b) - восстанавливающий момент, где: Мосн - восстанавливающий момент основания от действия его массы, вытесненной им жидкости или реакции иной опоры на окружающую среду; Q - cила тяжести массы функционального оборудования, механизмов и металлоконструкций подвижной платформы; а – расстояние от центра тяжести массы функционального оборудования, механизмов и металлоконструкций платформы до оси опорно-поворотного устройства. b - расстояние от оси опорно-поворотного устройства до ребра опрокидывания. Все вычисления и управление уравновешиванием крана производится устройством защиты крана от опрокидывания. Как только соотношение Мгр/Мвост<=1 или Мгр-Мвост<=0 достигнет верхнего заданного предела, обеспечивающего достаточную устойчивость, включают привод перемещения платформы в сторону увеличения восстанавливающего момента. Платформа смещается, центр тяжести занимает положение ЦТ’, расстояние "а" увеличивается до «а’», что приводит к увеличению восстанавливающего момента Мвост. Стрела смещается в положение II, при этом вылет стрелы "С" уменьшается, что приводит к уменьшению грузового момента Мгр. Оба эти фактора ведут к уменьшению соотношения Мгр и Мвост. При достижении соотношением нижнего заданного значения, выключают привод перемещения платформы. При опускании груза по мере уменьшения натяжения каната во время касания грузом опоры или при уменьшении вылета стрелы (если груз уже висит на крюке), уменьшается грузовой момент. Это приводит к тому, что соотношение грузового и восстанавливающего моментов достигает значения ниже нижнего заданного. В этот момент включают привод перемещения платформы в сторону уменьшения восстанавливающего момента. Расстояние "а’" уменьшается, что приводит к уменьшению восстанавливающего момента. Стрела вместе с платформой смещаются, вылет "С" увеличивается, что приводит к увеличению грузового момента. Оба эти фактора ведут к увеличению соотношения моментов. При достижении верхнего значения заданного соотношения грузового и восстанавливающего моментов или при достижении платформой крайнего переднего положения, привод выключают. Таким образом значение соотношения грузового и восстанавливающего моментов, при смещении платформы, поддерживается в заданных пределах и производится уравновешивание крана при изменении вылета стрелы или грузового момента. Для компенсации изменения положения точки подвеса груза во время выполнения уравновешивания при увеличении грузового момента, когда платформа смещается на величину Dа= а’-а, производят перемещение точки подвески крюка на величину смещения Dа платформы, но в противоположную смещению платформы сторону, например, путем перемещения грузовой тележки, изменением наклона прямой стрелы или изменением конфигурации сочлененной или телескопической стрелы, что влечет за собой сохранение вылета С и положения груза в горизонтальной плоскости. При уменьшении грузового момента, когда платформа и стрела смещаются производят перемещение точки подвески крюка путем перемещения грузовой тележки, изменением наклона прямой стрелы или изменением конфигурации сочлененной или телескопической стрелы на величину смещения платформы, что влечет за собой сохранение вылета С и положения груза в горизонтальной плоскости. Таким образом при выполнении уравновешивания происходит сохранение вылета С. Во время выполнения уравновешивания при увеличении грузового момента, когда платформа смещается и производят увеличение вылета, например наклоном прямой стрелы, происходит опускание оголовка стрелы и соответственно крюка на величину ∆h. Для компенсации изменения положения крюка по высоте включают привод перемещения крюка и производят его подъем на величину ∆h. Во время выполнения уравновешивания при уменьшении грузового момента, когда платформа смещается и производят уменьшение вылета, например подъемом прямой стрелы, происходит подъем оголовка стрелы и соответственно крюка на величину ∆h. Для компенсации изменения положения крюка по высоте включают привод перемещения крюка и производят его опускание на величину ∆h. Таким образом во время уравновешивания крана при изменении грузового момента крюк и подвешенный на нем груз остаются в неизменном положении. Современные устройства защиты крана от опрокидывания при незначительной доработке программного обеспечения (компенсация положения крюка) уже сегодня способны взять на себя функции управления уравновешиванием новых кранов. При регулировке по соотношению Мгр-Мвост=0, на основание крана, будь то колесное шасси, понтон или судно, момент вообще не будет передаваться. Особенно важно это для судов с малым водоизмещением. Повысится эффективность грузоперевозок, вместо сэкономленных тонн массы корабельного крана можно загрузить тонны полезного груза, снизятся затраты времени судов под погрузкой. Краны на колесном ходу смогут работать чуть ли не на болоте. Попробуйте сделать ориентировочные расчеты с данными ваших кранов и получите характеристики достойные занесения в книгу рекордов Гиннеса. По запросу, я могу безвозмездно выслать вам по электронной почте демонстрационную программу модели крана. С уважением Балезин Николай Михайлович Все права защищены © 2008 Балезин Н.М.