ИСПЫТАТЕЛЬНЫЙ СТЕНД ГРУЗОВЫХ ЛЕБЕДОК, ИМИТИРУЮЩИЙ ПОДЪЕМ ПЛАВАЮЩЕГО ГРУЗА НА ВОЛНЕНИИ

Испытательный стенд грузовых лебедок, имитирующий подъем плавающего груза на волнении.
Заявляемое в качестве полезной модели техническое устройство относится к области судостроения, а именно, к оборудованию, которое используется во время приемо-сдаточных, контрольных и других натурных испытаний грузовых лебедок подъемно-транспортных машин, в том числе судовых грузовых кранов, палубных механизмов различного назначения для морских и речных судов.
На грузоподъемные устройства распространяются требования о необходимости проведения периодических технических освидетельствований с проведением натурных испытаний всех крановых механизмов (см., например, «Российский морской регистр судоходства. Сборник нормативно-методических материалов. Книга вторая. «Транспорт» 1980). Натурные испытания крановых механизмов, как правило, проводятся на месте их установки пробным грузом путем его подвешивания без движения (статические испытания) и/или при перемещениях пробного груза испытываемым механизмом с остановками и резким торможением (динамические испытания).
Существует множество стендов для проведения натурных испытаний вновь изготовленных, отремонтированных или заменяемых крановых механизмов, включая стенды для испытаний грузовых лебедок. Требования к конструктивному исполнению испытательных стендов чаще всего ограничиваются, исключая стенды для ресурсных испытаний, необходимостью проведения натурных испытаний в объеме статических, которые подтверждают прочностные характеристики устройства, и динамических, подтверждающих работоспособность и расчетные параметры механизма, правильность работы его тормозов. С увеличением объема требуемых испытаний конструктивное исполнение стендов существенно усложняется, а моделирование внешних воздействий становится крайне затруднительным, например, испытание влияния качки судна на работоспособность палубного крана. Еще более затруднительны натурные испытания грузовых лебедок, предназначенных для подъема плавающего груза на волнении, из-за невозможности моделирования амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) процесса отрыва плавающего груза с волны грузовой лебедкой, находящейся на судне в условиях качки.
Известны конструкции судовых кранов со следящими грузовыми лебедками, у которых в качестве исполнительных элементов слежения используются гидроцилиндры, штоки которых, воздействуя в противофазе на изменения вылета крановой стрелы, гасят колебания поднимаемого с волны груза (см. например, Л.Н. Андреев и др. «Средства передачи грузов на судах в море». Л., 1979). Использование следящего привода при натурных испытаниях грузовой лебедки связано с необходимостью задания АЧХ процесса движения вертикально перемещаемого груза, что достаточно затруднительно. Для воздействия на АЧХ в этом случае могут быть использованы поли-спастные мультипликаторы с пневмо-или гидроцилиндрами, используемыми в качестве толкателей (см. А.А Вайнсон «Подъемно-транспортные машины», М., 1975). Здесь же приведена схема гидравлического толкателя, встроенного в простой канатный полиспаст, позволяющий производить плавную, т.е. с очень малой скоростью, посадку груза путем выдвижения штока толкателя даже при отключенной грузовой лебедке.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому устройству по совокупности признаков является устройство гидравлического толкателя в канатном полиспасте, принятое за прототип, которое характеризуется простотой воздействия на скорость и на АЧХ процесса вертикального перемещения груза (см. рис.58-6 на стр.110 указанной книги А. А. Вайнсо-на).
Устройство гидравлического толкателя в полиспасте содержит закрепленную испытываемую лебедку, на барабане которой расположены витки рабочего каната с грузовой подвеской на ходовом конце которой расположен крюк и гидроцилиндр. К крюку подвешивается вертикально перемещающийся груз.
Недостатками известного технического решения, принятого за прототип, являются:
- сложность реализации требуемых для натурных испытаний АЧХ условий, учитывающих процесс отрыва плавающего груза с волны, раскачивание судна, податливость рабочего каната грузовой лебедки и другие воздействия;
- гидравлический толкатель в полиспасте размещен в одной из ветвей рабочего каната, что снижает эффективность его воздействия на АЧХ процесса вертикального перемещения плавающего груза;
- размещение гидравлического толкателя в полиспасте делает его комплектующим оборудованием крана, на которое распространяются требования периодических технических освидетельствований и обслуживания, а не съемным судовым устройством.
Целью заявляемой полезной модели является создание испытательного стенда упрощенного конструктивного исполнения для проведения натурных испытаний грузовых лебедок, осуществляющих подъем плавающего груза, с имитацией возмущающих воздействий на груз при его отрыве с поверхности воды на волнении до 3-х баллов качки судна, податливости рабочего каната и других возможных возмущений (см. «Российский морской регистр судоходства. Сборник нормативно-методических материалов. Книга вторая. «Транспорт» 1980).
Техническим результатом заявляемой полезной модели является:
- получение достоверных результатов натурных испытаний грузовых лебедок и других механизмов судовых кранов в объеме, требуемом технической безопасностью и с имитацией большого количества возмущающих воздействий, подтверждающих дальнейшую безопасную эксплуатацию по прямому назначению устройств с расчетными параметрами;
- сокращение продолжительности натурных испытаний;
- увеличение полезной грузоподъемности судового крана при работе на волнении за счет качественной настройки АЧХ при натурных испытаниях;
- снижение себестоимости самого крана за счет исключения из его комплектации гидроцилиндра.
Указанный технический результат достигается тем, что испытательный стенд грузовых лебедок, имитирующий подъем плавающего груза на волнении, содержит закрепленную испытываемую лебедку, на барабане которой расположены витки рабочего каната с грузовой подвеской, на ходовом конце которой расположен крюк и гидроцилиндр, при этом стенд снабжен пробным грузом той же массы, что и плавающий, с закрепленным на нем гидроцилиндром, шток которого соединен с крюком на предварительно натянутом рабочем канате, а также пневмогидроаккумулятором с автономным энергообеспечением, при этом его гидравлическая часть соединена с рабочей и штоковой полостями гидроцилиндра посредством гидрораспределителя с электромагнитными катушками управления, кроме того на реборде барабана лебедки установлены датчики в виде постоянных магнитов с шагом, пропорциональным высоте волны, обеспечивающей безопасный подъем груза, а на стойке барабана установлены считывающие электромагнитные катушки, генерирующие при прохождении около них магнитов импульсы, поступающие на катушки управления гидрораспределителя, вызывая их срабатывание и подключение гидравлической части пневмогидроаккумулятора к полостям гидроцилиндра, ход штока которого равен высоте волны, разрешенной для безопасного подъема плавающего груза, а усилие на штоке всегда больше усилия предварительного натяжения каната лебедки, но меньше усилия в канате, равного предельной грузоподъемности лебедки.
Решение поставленных технических задач достигается в предложенной конструкции испытательного стенда грузовых лебедок, работающих с плавающим грузом на волнении и требующих определенного порядка проведения обязательных натурных испытаний, позволяющего учесть ряд возмущающих воздействий на вертикально перемещаемый груз, повышающего достоверность полученных результатов и подтверждающего дальнейшую безопасную эксплуатацию грузовых лебедок на судне, их работоспособность с расчетными параметрами и возможность продления срока службы.
Заявляемое в качестве полезной модели техническое решение, поясняемое схемой испытательного стенда для грузовых лебедок, имитирующего подъем плавающего груза на волнении, включает в себя закрепленную на фундаменте 1 испытываемую лебедку, на барабане 2 которой расположены витки рабочего каната 3 с грузовой подвеской, на ходовом конце которой расположен крюк 5 и гидроцилиндр 4 с вертикально перемещающимся пробным грузом 6, при этом пробный груз 6 принят с той же массой, что и плавающий, имеет закрепленный на нем гидроцилиндр 4, шток 7 которого соединен с крюком 5 на предварительно натянутом рабочем канате 3. Испытательный стенд снабжен пневмогидроаккумулятором 8 с автономным энергообеспечением, при этом его гидравлическая часть соединена со штоковой 9 и рабочей 10 полостями гидроцилиндра 4 посредством гидрораспределителя 11, электромагнитные катушки управления 12 которого поочередно срабатывают от полученных внешних импульсов, для чего на реборде 13 барабана 2 лебедки установлены датчики 14 в виде постоянных магнитов с шагом, пропорциональным высоте волны, при которой обеспечен безопасный подъем плавающего груза с водной поверхности на волнении, а на стойке 15 барабана 2 установлены электромагнитные катушки 16, генерирующие при прохождении около них магнитов на реборде импульсы, поступающие на катушки управления 12 гидрораспределителя 11 и вызывающие их срабатывание, тем самым подключая гидравлическую часть пневмогидроаккумулятора 8 к полостям 9 и 10 гидроцилиндра 4. Ход штока 7 гидроцилиндра 4 равен высоте волны, разрешенной для безопасного подъема плавающего груза, а усилие на штоке, обеспеченное подбором объемов полостей 9 и 10 гидроцилиндра 4, в сочетании с объемной скоростью рабочей жидкости на выходе пневмогидроаккумулятора 8, всегда больше усилия предварительного натяжения рабочего каната 3 лебедки, но меньше усилия в канате, равного предельной грузоподъемности лебедки.
Заявляемое в качестве полезной модели техническое устройство при поэтапном проведении натурных испытаний грузовых лебедок работает следующим образом:
- при проведении статических испытаний, которые по действующим требованиям технической безопасности являются предваряющими, пробный груз 6 той же массы, что и плавающий, с закрепленным на нем гидроцилиндром 4, шток 7 которого соединен с крюком 5 рабочего каната 3, поднимается грузовой лебедкой на высоту 100 - 200 мм, при этом штоковая 9 и рабочая 10 полости гидроцилиндра 4 соединены с гидравлической частью пневмогидроаккумулятора 8 посредством гидрораспределителя 11, управляющий золотник которого находится в среднем положении, а шток 7 неподвижен. Статические испытания считаются успешными, если пробный груз 6 не изменил своего положения по прошествии 10-15 минут;
- при проведении динамических испытаний вертикальные перемещения пробного груза 6 с закрепленным на нем гидроцилиндром 4 выполняются вращающимся барабаном 2, который воспринимает и дополнительные динамические воздействия, вызываемые податливостью рабочего каната 3 при наматывании-сматывании с барабана, если управляющий золотник гидрораспределителя 11 сохраняет среднее положение. Для перекладки золотника гидрораспределителя подается импульс на одну из катушек управления 12 гидрораспределителя 11, для чего на реборде 13 барабана 2 лебедки установлены датчики 14 в виде постоянных магнитов с шагом, пропорциональным высоте волны, при которой обеспечен безопасный подъем плавающего груза на волнении, а на стойке 15 барабана 2 установлены считывающие электромагнитные катушки 16, генерирующие импульсы при прохождении около них магнитов на реборде, которые поступают на катушки управления 12 гидрораспределителя 11, вызывая их срабатывание и перекладку управляющего золотника гидрораспределителя в одно из крайних положений и подключая гидравлическую часть пневмогидроаккумулятора 8 к одной из полостей гидроцилиндра 4. Возникающее избыточное давление в этой полости гидроцилиндра 4 начнет перемещать шток 7, накладывая его дополнительное движение на движение пробного груза 6, увеличивая или уменьшая его скорость в зависимости от положения плавающего груза на волне, задаваемого (имитируемого) взаимным расположением магнитных датчиков 14 на реборде 13 барабана 2 и считывающих электромагнитных катушек 16 на стойке 15 барабна 2. Ход штока 7 гидроцилиндра 4 равен высоте волны, разрешенной для безопасного подъема плавающего груза, а усилие на его штоке, обеспеченное подбором объемов полостей гидроцилиндра 4 в сочетании с объемной скоростью рабочей жидкости на выходе пневмогидроаккумулятора 8, должно всегда превышать усилие предварительного натяжения рабочего каната 3 лебедки, но не превосходить усилий в канате, равных предельной грузоподъемности лебедки.
Заявляемое в качестве полезной модели техническое решение позволяет обеспечить:
- достоверность результатов, подтверждающих возможность дальнейшей безопасной эксплуатации на судне грузовых лебедок, работающих с плавающим грузом на волнении, что является основой всех правил по эксплуатации грузоподъемных устройств, как промышленно опасных объектов;
- обоснованность нормирования срока службы, планового проведения технического обслуживания и периодических ремонтов грузовых лебедок, определяющих работоспособность судовых кранов, работающих на волнении, при снижении эксплуатационных расходов;
- упрощение конструктивного исполнения испытательных стендов для проведения натурных испытаний грузоподъемных механизмов различного назначения с разным объемом предъявляемых к ним требований технической безопасности за счет использования унифицированного съемного имитатора возмущающих воздействий на вертикально перемещаемый груз, включая плавающий.
Съемный имитатор, как основной узел испытательного стенда по заявляемому техническому решению, с широким диапазоном варьируемых возмущающих воздействий на вертикально перемещаемый груз комплектуется отечественным гидрооборудованием, аппаратурой управления, включая подбор исполнительного гидроцилиндра с ходом штока, равным высоте волны, с которой допускается отрыв плавающего груза по условиям его безопасного подъема и сохранности. Испытательный стенд может быть использован для натурных испытаний иных грузоподъемных устройств с различным характером динамических воздействий путем их моделирования различными устройствами, например, генераторами колебаний.