УСТРОЙСТВО ПОДАВЛЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ ГРУЗА НА КРАНОВЫХ СТРЕЛАХ

Полезная модель относится к области подъемно-транспортного машиностроения и может быть использована в стреловых грузоподъемных устройствах различного назначения, в частности, в судовых палубных кранах.
Особенностью в работе стреловых кранов является проблема пространственных раскачиваний поднятого груза, ограничивающая возможности безопасного выполнение грузовых операций, связанных с внешними динамическими воздействиями на перемещаемый груз, крановые металлоконструкции и механизмы. Наиболее остро указанные проблемы прослеживаются в работе судовых палубных кранов, выполняющих грузовые операции на открытой воде в сложных погодных условиях, включая непрерывную качку, что вызывает необходимость использования различных устройств и способов подавлений колебаний груза, его позиционирования и слежения за ним за счет применения различных автоматизированных систем, усложняющих конструкцию кранов.
Известны конструкции стреловых кранов с противораскачивающими устройствами, в которых для подавления раскачиваний перемещаемого стрелой груза использованы двухканатные пространственные запасовки, образованные с помощью уравнительных шкивов, размещенных на стреле в определенных положениях (патент RU №2006447, опубл. 30.01.1994, «Грузовая подвеска крановой стрелы»; патент RU №2447009, опубл. 10.04.2010, «Подвеска грузовой стрелы»). Наличие нескольких дополнительных шкивов, размещенных на стреле, делают ее более громоздкой, при этом усложняется кинематика канатной запасовки с одновременным увеличением числа перегибов несущих канатов, что отрицательно влияет на их работоспособность и долговечность.
Известно устройство по патенту RU №110361, опубл. 20.11.2011, «Устройство для ограничения колебаний груза на крановых стрелах», которое включает в себя стрелу с закрепленными на ней боковыми балками, имеющими канатные шкивы на концах, причем последние выполнены отклоняющимися в горизонтальной и вертикальной плоскостях под действием ветвей несущих канатов бифилярной подвески гака (крюка). Самопроизвольные раскачивания груза на гаке в этом устройстве преобразуются за счет бифилярной подвески в колебания канатных шкивов на боковых балках стрелы. Подавление раскачивания груза вдоль оси стрелы и связанных с ним колебаний шкивов на боковых балках в вертикальной плоскости обеспечивается с помощью лебедки-оттяжки, барабан которой связан с гаком канатом-оттяжкой. Лебедка выбирает слабину этого каната, когда груз и канатные шкивы на боковых балках смещаются к корню стрелы и препятствуют вытравливанию каната, когда смещение груза и канатных шкивов начинается в обратном направлении. Подавление раскачиваний груза и канатных шкивов в горизонтальной плоскости, т.е. перпендикулярно оси стрелы, является пассивным по своему воздействию, так как энергия движущихся масс в этом случае расходуется лишь на деформацию сечения в виде сторон перевернутой трапеции.
К недостаткам рассматриваемого устройства следует отнести:
-эффективность подавления раскачиваний перемещаемого стрелой груза, особенно горизонтальных, относительно оси стрелы определяется выбранной длиной боковых балок на стреле, обеспечивающих разнесение отклоняющих шкивов грузовой подвески друг относительно друга, что положительно сказывается на эффективности, но приводит в конечном итоге к утяжелению металлоконструкции стрелы, снижает ее осевую устойчивость и усложняет условия размещения крана с развитым в горизонтальной плоскости ноком стрелы на судне;
-ограниченное тяговое усилие лебедки-оттяжки при работе с грузами номинальных масс замедляет процесс подавления раскачиваний вдоль оси стрелы.
Известно устройство стабилизации груза судового крана С2500, взятое в качестве прототипа, которое содержит стрелу с изменяемым вылетом, грузовую лебедку, канат, соединяющий барабан лебедки с крановой подвеской. Трифилярная подвеска канатов с маломощными лебедками-оттяжками используется для стабилизации пространственных положений гака, вертикальные (рабочие) перемещения груза, подвешенного на гак, обеспечиваются грузовой лебедкой крана (Васильев И.Н. «Практический аспект разработки способов безударной передачи грузов в условиях волнения моря // Материалы конференции «Взгляд в будущее-2015», АО «ЦКБ МТ «Рубин», стр. 33-40).
Недостатками технического устройства, принятого за прототип, являются:
-необходимость введения, кроме основной грузовой лебедки, трех лебедок-оттяжек с размещением их на площадках стрелы, что утяжеляет стрелу крана, делает ее громоздкой, а увеличение числа механизмов затрудняет техническое обслуживание и проведение освидетельствований;
-сниженная эффективность подавления пространственных раскачиваний груза вследствие незначительного разнесения лебедок-оттяжек друг от друга при расположении их на стационарных площадках стрелы.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является подавление пространственных колебаний перемещаемого груза без утяжеления конструкции устройства.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство подавления колебаний груза на крановых стрелах содержит стрелу с изменяемым вылетом, грузовую лебедку, крановую подвеску с гаком, грузовой канат, соединяющий барабан грузовой лебедки с крановой подвеской. На боковинах крановой стрелы установлены кронштейны с шарнирно закрепленными на них поворотными платформами, на которых размещены телескопические стрелы и гидроприводные барабаны с намотанными на них канатами-оттяжками. Ходовые концы канатов-оттяжек пропущены по направляющим шкивам, расположенным на концах телескопических стрел с возможностью поворотного движения относительно продольных осей стрел, и соединены с боковыми проушинами, расположенными на щеках крановой подвески. Поворотные платформы также снабжены своими проушинами, с помощью которых они соединены с боковинами крановой стрелы с использованием амортизаторов.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид устройства подавления колебаний груза на крановых стрелах, на фиг. 2 - показан узел размещения телескопических стрел на боковинах крановой стрелы.
Устройство подавления колебаний груза на крановых стрелах, содержит грузовую лебедку 1, стрелу 2 с изменяемым вылетом, крановую подвеску 3 с гаком, грузовой канат 4, соединяющий барабан грузовой лебедки 1 с крановой подвеской 3. На боковинах крановой стрелы 2 установлены кронштейны 5 с закрепленными на них поворотными платформами 6, на которых размещены телескопические стрелы 7 и гидроприводные барабаны 8 с намотанными на них канатами-оттяжками 9, ходовые концы канатов-оттяжек 9 пропущены по направляющим шкивам 10, расположенным на концах телескопических стрел 7 с возможностью поворотного движения относительно их продольных осей, и соединены с боковыми проушинами 11, расположенными на щеках крановой подвески 3. Поворотные платформы 6 снабжены своими проушинами 12, с помощью которых они соединены с боковинами крановой стрелы 2 с использованием амортизаторов 13.
Устройство подавления колебаний груза работает следующим образом. При выполнении крановых операций груз, подвешенный на гак грузовой подвески 3, начнет под воздействием сил инерции либо в силу внешних воздействий, например, качки крана вместе с судном и т.д., пространственные раскачивания вместе с грузовой подвеской 3. Для подавления возникших раскачиваний использована трифилярная пространственная подвеска канатов (перевернутая ферма Мизеса), связывающая груз с крановой стрелой 2 тремя канатами. Две стороны этой пространственной подвески образуют канаты-оттяжки 9,наматываемые на гидроприводные барабаны 8, установленные на поворотных платформах 6, которые закреплены с использованием кронштейнов 5 на боковинах крановой стрелы 2. Функцию третьей стороны пространственного подвеса выполняет грузовой канат 4, перемещающий груз с помощью лебедки 1.
При вертикальных перемещениях груза лебедкой 1 или в силу возникших его раскачиваний от воздействий внешних сил длины сторон трифилярной подвески и ее положение в пространстве начнут непрерывно изменяться, при этом гидроприводные барабаны 8 обеспечат подавление раскачиваний перемещаемого груза путем выбирания слабины своих канатов-оттяжек 9 при приближении к ним груза и будут препятствовать его перемещению в обратную сторону, создавая сопротивления вытравливанию канатов-оттяжек 9. Поперечная составляющая рассматриваемых раскачиваний груза подавляется путем увеличения момента инерции сечения перевернутой пространственной фермы с крановой подвеской 3 в вершине и условным основанием, плоскость которого образована тремя шкивами, два из которых находятся на концах телескопических стрел 7, а третий - на ноке крановой стрелы 2.
Для увеличения эффективности подавления раскачиваний груза плоскость условного основания трифилярной подвески может быть дополнительно увеличена за счет телескопичности стрел 7 и/или путем углового отклонения их направляющих шкивов 10 на концах от боковин крановой стрелы 2. Одновременно, раскачивающийся груз, воздействуя через канаты-оттяжки 9 на направляющие шкивы 10, вызывает угловые перемещения последних относительно продольной оси телескопических стрел 7 и колебательные движения самих стрел вместе с поворотными платформами 6. Для подавления колебательных движений последних используются амортизаторы 13, которые соединяют поворотные платформы 6 с боковинами крановой стрелы 2, используя проушину 12.
Использование на боковинах крановой стрелы кронштейнов с шарнирно закрепленными на них поворотными платформами с телескопическими стрелами и гидроприводными барабанами с намотанными на них канатами-оттяжками, которые соединены с боковыми проушинами, расположенными на щеках крановой подвески, обеспечивает эффективное подавление раскачиваний груза за счет применения схемы трифилярного пространственного размещения канатов.
Использование канатов-оттяжек двух гидроприводных барабанов, ходовые концы которых пропущены по направляющим шкивам, расположенным по концам телескопических стрел с возможностью поворотного движения относительно их продольных осей, и поворотных платформ, снабженных проушинами, с помощью которых они соединены с боковинами крановой стрелы с использованием амортизаторов, позволяет реализовать максимальную эффективность трифилярной схемы расположения канатов в расширенном диапазоне вертикальных перемещений груза.
Таким образом, предложенная конструкция обеспечивает эффективное подавление пространственных колебаний груза на крановой стреле.
При этом также происходит упрощение конструкции устройства и его технического обслуживания, что достигается путем сокращения числа устанавливаемых на крановую стрелу вспомогательных лебедок. В качестве одного из инструментов для подавления раскачиваний груза используется грузовой канат, соединяющий барабан основной лебедки и крановую подвеску.
Эффективность использования трифилярных пространственных схем расположения канатов для подавления колебаний груза, перемещаемого крановыми стрелами с переменным вылетом, была проверена экспериментально и нашла свое применение в судовом электрогидравлическом кране КЭГ 20031 грузоподъемностью 20 т с вылетом стрелы 31 м с двумя грузовыми канатами в запасовке.
Указанное устройство возможно использовать в судовых кранах повышенной грузоподъемности с одноканатной запасовкой при проведении специальных грузовых операциях в открытом море. Возможно использование предлагаемого устройства при синхронной работе двух кранов на судне, что существенно расширит возможности выполняемых грузовых операций.