авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |

Повышение эффективности использования портовых кранов при ветровых нагрузках

-- [ Страница 2 ] --

Состояние предмета в области расчетных ветровых нагрузок на сооружения представлено в работах Анапольской Л.Е., Завариной М.В.

Работы, посвященные исследованию образования ветровых теней за одиночными зданиями и сооружениями с целью изучения их аэрации, были выполнены Реттером Э.И., Серебровским В.Л. и Максимкиной Н.Г.

В перечисленных научных работах и трудах: не исследовались реальные параметры ветровой нагрузки и аэродинамические характеристики портальных кранов; отсутствуют аналитические зависимости ветровой нагрузки на кран с грузом в функции обобщенных координат движения механизмов; отсутствуют математические модели режима работы портальных кранов, как материальной системы с пятью степенями свободы с учетом динамических характеристик крана, электропривода и динамического воздействия ветра;
не исследовались вопросы влияния ветра на основные показатели работы кранов, не учитывались их паспортные характеристики и технологические схемы работ; не исследовалось влияние ветра на поведение груза в пространстве в зависимости от его парусности, не учитывалась векторная природа ветровой нагрузки; не изучались ветровые режимы портов, не производились анемометрические съемки в портах; не составлялись ветровые карты портов и не исследовались эксплуатационные характеристики анемометров.

Вторая глава посвящена анализу воздействия ветровой нагрузки на портовые портальные краны с учетом характера изменения ветровой нагрузки во времени, по высоте крана, собственных скоростей движения механизмов и влияния рельефа местности и портовой застройки.

Составлена расчетная схема нагрузок на кран с прямой стрелой и шарнирно-сочлененной укосиной. Расчетная схема крана с грузом является жесткой неконсервативной материальной системой с пятью степенями свободы, которая представлена в цилиндрической системе координат, характеризующих параметры рабочего процесса крана. Две координаты определяют текущее положение точки подвеса груза, а три других - положение центра тяжести груза при голономной нестационарной идеальной связи. При этом принятые допущения в расчетной схеме отвечают основной поставленной цели.

Для решения поставленных задач использовались уравнения Лагранжа второго рода. Эти уравнения составлены на основе обобщенных координат и соответствующих им обобщенных сил, включая ветровую нагрузку. Ветровая нагрузка представлена в виде суммы двух ее составляющих: статической – соответствующей средней скорости и динамической – соответствующей пульсационной составляющей скорости ветра.

В результате анализа работ советских и японских ученых, а также статистической обработки записей скоростей ветра, выполненных автором на метеостанции Ильичевск-порт, и статистической обработки зарегистрированных случаев действия средних скоростей ветра от 15 до 20 м/с с порывами в 11-и портах, расположенных в различных ветровых районах, установлены:

основные параметры ветрового воздействия на портовые краны, к которым относятся средняя скорость ветра, осредненная за 2-х минутный интервал времени, максимальная скорость ветра, осредненная за 5-секундный интервал времени; порывистость ветра, характеризующаяся коэффициентами порывистости (пульсаций), равными отношению максимальной скорости ветра в порывах к средней скорости ветра и продолжительностью порывов (пульсаций), а также направление ветра, как векторная величина;

скорость ветра можно представлять в виде суммы двух ее составляющих: статической, соответствующей средней скорости ветра, осредненной за 2-х минутный интервал времени, и динамической составляющей, характер изменения которой в функции времени можно представить графиками тригонометрических функций – синусоидами со случайными амплитудами пульсаций, определяемыми коэффициентами порывистости и продолжительностью порывов (пульсаций);

установлена статистическая зависимость между средними скоростями ветра, коэффициентами порывистости и продолжительностью порывов ветра;

получен закон распределения максимальных пульсаций ветра, который близок к нормальному с наиболее вероятным значением коэффициента порывистости Кп = 1,25 и пределами его изменения – 1,05 < Kп < 1,45, и соответствующих им круговых частот 1,26 0,16 (5 40, с); повторяемость коэффициентов порывистости, не превышающих 1,45, составляет 99%;

построены экспериментальные кривые статистического распределения времени действия ветра по одному и тому же его направлению.

Получены аналитические зависимости ветровой нагрузки на кран с грузом, выраженные через коэффициенты аэродинамического сопротивления, с учетом ее динамической составляющей, изменения скоростного напора ветра по высоте крана и собственных скоростей движения механизмов в функции обобщенных координат – угла поворота и вылета стрелы крана.

Предложена методика составления ветровой карты порта, которая позволяет прогнозировать скорость ветра на причалах и рабочих участках порта с учетом их защищенности естественными и искусственными препятствиями.

Третья глава посвящена математическому моделированию режима работы портальных кранов и численным методам исследования основных показателей работы портальных кранов "Альбрехт" и "Кировец" при динамическом воздействии ветра. В качестве основных показателей работоспособности кранов установлены максимальные эксплуатационные нагрузки в механизмах вылета стрелы и поворота крана, эквивалентные нагрузки, определяющие тепловой режим двигателей механизмов, углы раскачивания груза в пространстве и управляемость кранов, определяемая переходными процессами, а также коэффициент грузовой устойчивости крана. Эти показатели могут быть определены с помощью численных методов решения дифференциальных уравнений на ЭВМ, моделирующих работу портальных кранов при динамическом воздействии ветра. В разработанную профессором Ерофеевым Н.И. математическую модель режима работы крановых установок
введены функции ветровой нагрузки. Полученная таким образом математическая модель отражает режим работы портальных кранов при ветре с тремя независимыми совмещенными рабочими движениями (подъем, вылет и вращение) и гибким подвесом груза. Модель представлена в виде системы пяти нелинейных неоднородных дифференциальных уравнений второго порядка, правая часть которых содержит случайные функции ветровой нагрузки. Уравнение 1 системы описывает работу механизма поворота при переменных величинах – длине гибкой подвески груза l и моменте инерции поворотной части крана J. Уравнения 2 записаны для механизмов изменения вылета кранов соответственно: 2а – с шарнирно-сочлененными укосинами и 2б – с прямыми стрелами с уравнительными устройствами. Уравнения 3 и 4 описывают вынужденные колебания груза под действием ветровой нагрузки. Уравнение 5 описывает работу механизма подъема. В уравнениях системы обозначены: , , и , , z – координаты соответственно точки подвеса и самого груза;
S – натяжение грузового каната; mа – масса стрелового устройства, приведенная к точке подвеса груза; mл – масса лебедки, приведенная к окружности грузового барабана; m – масса груза; L – длина стрелы; h – высота точки подвеса груза над поверхностью земли; h0 – высота оси качания стрелы над поверхностью земли; r0 – расстояние от оси вращения крана до оси качания стрелы; nn – кратность грузового полиспаста; g – ускорение свободного падения; M, Mтр, Му – моменты, приведенные к оси вращения крана, соответственно: движущий, силы трения и крена крана; Р, Ртр, Рс – силы, приведенные к точке подвеса груза соответственно: движущая, трения и от неуравновешенности собственного веса стрелового устройства и веса груза; Рz – движущая сила, приведенная к окружности грузового барабана; А – переводной коэффициент скорости ветра V в давление; См, Сх, , , Сг – коэффициенты соответственно аэродинамического момента и сил по соответствующим координатам, определяемые экспериментальными продувками модели крана в аэродинамической трубе; F и F – характерная наветренная площадь стрелы соответственно по координатам и ; К – коэффициент приведения ветровой нагрузки, действующей на стрелу, к точке подвеса груза; Кпi и i – коэффициенты пульсаций ветра и соответствующие им круговые частоты. Силовые факторы управления механизмами задавались в виде функции их скоростей, а момент инерции поворотной части J – в функции вылета стрелы .

Теоретические исследования основных показателей работоспособности портальных кранов "Альбрехт" и "Кировец" в функции времени выполнены при следующих параметрах ветра и груза: средние скорости ветра изменялись от 15 до 20 м/с; коэффициенты порывистости 1,05  Kп  1,45, а соответствующие им круговые частоты 1,26 0,16 (5 40 с); наветренная площадь груза весом 10 т изменялась от 5 до 20 м2, соответственно коэффициент парусности груза 0,5 KF  2,0. Исследования проводились для характерных циклов работы кранов по варианту склад-судно без ограничений на геометрические параметры и для циклов работы с ограничениями, накладываемыми на геометрические параметры работы крана (=20-22 м,
=130-140°). В результате численных методов исследования работы кранов "Альбрехт" и "Кировец" при ветре установлены зависимости указанных выше показателей работоспособности кранов от параметров ветровой нагрузки и парусности грузов. Допустимая ветровая нагрузка для рабочего состояния кранов определялась из условий, ограничивающих величину перечисленных выше показателей работоспособности кранов.

В результате теоретических исследований основных показателей работоспособности кранов "Альбрехт" и "Кировец" установлено следующее.

Максимальные эксплуатационные нагрузки в механизмах кранов в течение цикла появляются в период переходных процессов и определяются в основном характером управления краном и настройкой пусковой аппаратуры двигателей (регулировкой тормозов). Влияние ветра на максимальные нагрузки в механизмах вылета стрелы кранов проявляется при средних скоростях ветра свыше 15 м/с, а его пульсаций – в механизмах вылета и поворота кранов – свыше 18 м/с. Влияние средних скоростей ветра с учетом возможных пульсаций на механизмы вылета кранов при их работе на грузах с 0,5 КF 1,0 составляет для "Кировца" 1,2-1,3 и "Альбрехта" – 1,3-1,5 раза, а на грузах с 1,0  КF 2,0 соответственно 1,3-1,4 и 1,5-1,8. Влияние же средних скоростей ветра на максимальные нагрузки в механизмах поворота кранов при исследуемых характерных циклах их работы несущественно. Динамическое воздействие ветра по сравнению со статическим воздействием увеличивают максимальные нагрузки в механизмах вылета и поворота кранов "Кировец" и "Аль­брехт" при работе на грузах с 0,5  КF 1,0 соответственно в 1,1-1,15 раза, а на грузах с 1,0 КF 2,0 – в 1,15-1,20 раза. Изменение наветренной площади груза от 5 до 20 м2 увеличивает максимальные нагрузки кранов на 10-15%.

Максимальные эксплуатационные нагрузки в механизмах кранов при их работе против ветра возрастают с увеличением средней скорости ветра, коэффициента пульсаций и парусности грузов, однако, при исследуемых параметрах ветрового воздействия и циклах работы, они остаются в пределах допустимых. Таким образом, установлено, что при обычных рабочих циклах по условиям максимальных эксплуатационных нагрузок работа кранов "Альбрехт" и "Кировец" допускается при средних скоростях ветра 20 м/с с порывами до 28 м/с. С учетом возможного сочетания максимальных нагрузок на механизмы кранов при их работе в наихудших условиях допустимая средняя скорость ветра составляет 18 м/с с порывами до 22 м/с.

Эквивалентные нагрузки в механизмах кранов практически пропорциональны величине средней скорости ветра. Пульсации ветра увеличивают эквивалентные нагрузки в механизмах вылета стрелы кранов "Кировец" и "Альбрехт" при их работе на грузах с 0,5  КF 1,0 соответственно в среднем в 1,1-1,2 раза, а на грузах с 1,0  КF 2,0 – в 1,2-1,3 раза. Влияние же пульсаций на величину эквивалентных нагрузок в механизме поворота крана "Альбрехт" несущественно, а для крана "Кировец" оно составляет 20-30%. Изменение наветренной площади грузов от 5 до 20 м2 увеличивает эквивалентные нагрузки в механизмах в среднем на 20%. По условиям нагрева электродвигателей механизмов крана "Альбрехт" при ПВ=40% для вылета и ПВ=60% для поворота (паспортные значения) допустимая средняя скорость ветра с учетом возможных пульсаций рабочего состояния крана на грузах с КF 0,5 составляет 17 м/с, а для крана "Кировец" на грузах с КF 1,0 - 18 м/с.

Установлены характер и параметры поперечных колебаний груза на канате переменной длины при раздельной и совмещенной работе крановых механизмов, ускорения, скорости и пути крана и груза, а также углы отклонения груза в пространстве в функции времени. Ускорения, скорости и пути груза по координатам и имеют, в основном, характер гармонических колебаний с периодами 7-12 с. Исследования влияния сил ветра на скорости механизмов показали, что ограничений на работу кранов по условиям изменения скоростей движения механизмов с грузом, не накладывается.

Максимальные углы раскачивания груза существенно зависят от парусности грузов и мало зависят от веса груза (различие составляет до 10%). Влияние ветра при исследуемых его параметрах на максимальные углы раскачивания груза в пространстве с коэффициентом парусности менее КF 0,5 несущественно, для грузов с 0,5 КF 1,0 общее влияние ветра составляет в среднем 25%, для грузов с 1,0  КF  1,5 соответственно 30-40% и при 1,5 КF 2,0 – 40-70%. Таким образом, по условиям влияния ветра на раскачивание груза, полагая, что увеличение углов раскачивания на 25% погасится за счет дополнительных управлений (при нормальной управляемости крана), можно считать допустимой работу кранов при средней скорости ветра 20 м/с с порывами до 28 м/с на грузах, имеющих коэффициент парусности КF 1,0, а при ветре 18 м/с с порывами до 26 м/с на грузах с 1,0 КF 1,5 и 15 м/с
с порывами до 22 м/с на грузах с 1,5 КF 2,0.

При исследуемых характерных циклах работы кранов, параметрах ветрового потока и груза время переходных процессов механизмов изменяется в допустимых пределах. Установлено, что время переходных процессов зависит от направления и величины средней скорости ветра, динамических характеристик крана и практически мало зависит от порывистости ветра и парусности грузов. Для характерных циклов применительно к рассматриваемым типам кранов, допустимая скорость ветра рабочего состояния по условию управляемости составляет 20 м/с с порывами до 28 м/с. При возможном сочетании нагрузок на механизмы кранов при их работе в наихудших условиях допустимая средняя скорость ветра для кранов "Альбрехт" и "Кировец" составляет 18 м/с с порывами до 22 м/с. При этом время переходных процессов механизмов вылета составляет 4-6 с, а поворота на вылете 22-25 м составляет 10-15 с. В результате исследования переходных процессов даны рекомендации по регулировке тормозов механизмов изменения вылета стрелы и поворота кранов при их работе в условиях ветровых нагрузок.

Методом конечных элементов исследованы динамические характеристики крановых конструкций, позволившие определить динамическое воздействие ветровой нагрузки на грузовую устойчивость портальных кранов "Кировец" и "Ганц". При средних скоростях ветра от 15 до 20 м/с с порывами до 28-30 м/с коэффициенты грузовой устойчивости крана "Альбрехт" составляет 1,62, а крана "Кировец" – 2,2, что отвечает требованиям Правил.

Для характерных циклов работы кранов "Альбрехт" и "Кировец"
с ограничениями на вылет стрелы и режим работы допустимые скорости
ветра составляют при переработке грузов с КF 0,5 – 20 м/с с порывами
до 25 м/с, для грузов с 0,5 КF 1,0 – 18 м/с с порывами до 22 м/с и грузов с 1,0  КF  2,0 – 15 м/с с порывами до 18 м/с.

Для работы кранов "Альбрехт" и "Кировец" без ограничений допустимая скорость ветра на грузах с 0,5 КF 1,0 составляет 18 м/с с порывами до 22 м/с, а для грузов с 1,0 КF 2,0 – 15 м/с с порывами до 18 м/с.

В четвертой главе приведены результаты модельных испытаний кранов "Кировец" и "Ганц" в аэродинамической трубе и натурных испытаниях портальных кранов "Альбрехт". Основными задачами экспериментальных исследований являются уточнение расчетной ветровой нагрузки на краны, изучение влияния сил ветра на основные показатели работы кранов и определение степени достоверности результатов математического моделирования и численных методов расчета основных показателей работы кранов.

В ходе экспериментальных исследований определялись: коэффициенты аэродинамического сопротивления крановых конструкций в функции и ; нагрузки в механизмах вылета стрелы и поворота крана; время переходных процессов и скорости движения крановых механизмов; углы раскачивания груза; управляемость крана при ветре; характер изменения скорости ветра во времени и ее влияние на исследуемые показатели работы крана.

Модели кранов в масштабе 1:50 испытывались в аэродинамической трубе. Портал, поворотная часть в сборе, поворотная платформа и колонна, стреловое устройство помещались в зоне воздушного потока на тензовесах. Угол атаки потока на модель изменялся через каждые 10°. Углы продувки моделей изменялись от 0 до 180°. Аэродинамическая нагрузка измерялась в системе координат, связанной с моделью крана.

Для испытываемых частей моделей кранов определялась зона автомодельности путем их продувки при разных скоростях потока. Для одного положения модели проводилось 5-6 продувок при числах Рейнольдса, больших нижней границы зоны автомодельности. По результатам расчетов аэродинамических коэффициентов сопротивления на ЭВМ строились кривые зависимости коэффициентов от числа Рейнольдса при постоянном угле атаки; с этих кривых снималась величина коэффициентов сопротивления для построения графиков в зависимости от угла атаки и наклона стрелы крана.

Пересчет результатов модельных испытаний на натуру производился при следующих допущениях: коэффициент сопротивления каждого элемента конструкция высотой dh равен коэффициенту сопротивления, характерному для всей конструкции; для одной и той же конструкции не учитывалось влияние изменения коэффициента заполнения и неравномерности потока по высоте на величину коэффициента сопротивления dh; аэродинамические коэффициенты, полученные экспериментально, приняты равными аэродинамическим коэффициентам реальной конструкции крана вследствие автомодельности режимов обтекания.

Результаты модельных испытаний позволили получить упрощенные и уточненные зависимости ветровой нагрузки на исследуемые краны в функции угла поворота и вылета стрелы с учетом конструктивных особенностей элементов и частей, а также их аэродинамического взаимовлияния. Выявлен характер функции момента от сил ветра на поворотную часть крана, зависящую от угла поворота крана (угла атаки), график которой для крана "Кировец" имеет синусоидальную, а для крана "Ганц" – трапецеидальную форму.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.