УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ ГРУЗА НА КРАНОВЫХ СТРЕЛАХ

Полезная модель относится к стреловым грузоподъемным устройствам различного назначения, в частности, к палубным кранам.
Известны стреловые краны с противораскачивающим устройством в виде перемещающегося противовеса, соединенного с помощью тросо-блочных устройств, установленных вдоль продольной оси стрелы, с грузовым захватом крана, выполненным в виде крюковой, грейферной или траверсной подвески. Раскачивания грузовой подвески, возникающие при ее вертикальных перемещениях, вызывают продольные перемещения противовеса по своим направляющим, т.е. происходит преобразование кинетической энергии качающейся грузовой подвески в потенциальную энергию противовеса с частичным ее рассеиванием (патент RU №2209761, опуб. 10.08.2003, МПК В66С 13/06 «Устройство для успокоения раскачивания грузозахватного органа»). Однако, подавление колебаний в этом случае может происходить только в плоскости продольной оси стрелы, в то время как при поворотах стрелового крана возникают значительные раскачивания грузовой подвески в плоскости, перпендикулярной оси стрелы.
Известны схемы подавления колебаний грузовых подвесок в двух плоскостях («Справочник по кранам» под общей редакцией М.М.Гохберга, том 2, «Машиностроение», 1988 г.) за счет использования пространственной запасовки канатов, введения дополнительных канатов-оттяжек и т.д., что ведет к усложнению конструкций стрел и механизмов подъема груза.
Известно «Устройство для ограничения колебания груза на судовых грузовых стрелах», патент Польской Народной Республики №142033, опуб. 31.05.1988 г., МПК В63В 27/04, В66С 1/12, принятое за прототип.
В прототипе для подавления колебаний использована пространственная запасовка несущего каната, образованная шкивами по концам поперечных балок на стреле и жесткого балансира грузовой подвески с закрепленным на нем концом несущего каната на одном плече и шкивом этого же каната - на другом.
Последовательно проходя шкивы на боковых балках стрелы, балансире и на ноке (конце) стрелы, несущий канат образует бифилярный V-образной формы пространственный подвес перемещаемого груза, находящегося на вершине перевернутого бифиляра.
Известно, что бифилярный (трехсторонний) пространственный подвес максимально ограничивает вынужденные колебания перемещаемого груза, при этом эффективность подавления колебаний увеличивается по мере приближения груза к основанию бифиляра, т.е. к стреле.
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявленного изобретения, следующие:
1 Бифилярная пространственная запасовка.
2 Грузовая стрела с ноком и поперечными балками со шкивами на их концах.
3 Грузовая подвеска с балансиром.
4 Грузовая лебедка для вертикальных перемещений грузовой подвески и вспомогательная лебедка (вариант в прототипе). В принятом за прототип устройстве достигается подавление и ограничение раскачиваний грузовой подвески в двух плоскостях, но в процессе подавления раскачиваний проявляются следующие негативные явления:
1 Использование многошкивной запасовки несущего каната приводит к увеличению общей длины и числу его перегибов, потерь на трение, что одновременно снижает его долговечность, затрудняет осмотр и обслуживание в эксплуатации.
2 Эффективность бифилярной подвески определяется соотношением линейных размеров боковин, удалением их от нока стрелы. При этом эффективность бифилярного подвеса практически не зависит от суммарной массы грузовой подвески и навешенного на нее груза, особенно в нижнем опущенном положении. Повышение эффективности ограничения колебаний за счет соотношения линейных размеров конструкции вступает в противоречие с массо-габаритными характеристиками стрелы и нагрузочными параметрами грузовой лебедки.
3 Вспомогательная лебедка, на барабане которой закреплен один из концов несущего каната, по своим параметрам и эксплуатационным характеристикам соразмерна с основной грузовой лебедкой, на барабане которой закреплен второй конец несущего каната.
Подобное раскрепление концов каната реализует схему его сдвоенной запасовки, что позволяет снизить нагрузки на канат, изменить скорости вертикальных перемещений грузовой подвески, но не оказывает какого-либо влияния на эффективность подавления ее раскачиваний, при этом наличие двух идентичных лебедок, введение дополнительных шкивов отрицательно сказывается на массо-габаритных и эксплуатационных характеристиках данного грузоподъемного устройства.
Техническим результатом заявляемого устройства является ограничение амплитуд и длительности раскачиваний перемещаемого в пространстве груза, снижение возникающих при раскачивании груза вредных воздействий на крановые конструкции и механизмы, что обеспечивает сокращение длительности рабочих циклов выполняемых грузовых операций, точность и безударность посадки груза в заданное место, сохранность грузозахватных устройств, увеличение производительности труда и безопасности обслуживающего персонала.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для ограничения колебаний груза на крановых стрелах содержит стрелу с закрепленными на ее ноке боковыми балками, имеющими канатные шкивы на концах, грузовую и вспомогательную лебедки, грузовую подвеску с балансиром, соединенным со стрелой несущим канатом, образующим бифиляр, расположенные на ноке стрелы боковые балки имеют канатные шкивы, выполненные отклоняющимися в горизонтальной и вертикальной плоскостях, при этом несущий канат выполнен из двух ветвей, а перемещающиеся по этим шкивам две ветви несущего каната выполнены одинаковой длины, концы последних закреплены на двухсекционном барабане грузовой лебедки и на концах балансира грузовой подвески, одновременно грузовая подвеска канатом-оттяжкой соединена с барабаном вспомогательной лебедки, включающей в себя муфту предельного момента и приводной двигатель. Крутящий момент на валу двигателя задан вручную или автоматически пропорционально массе поднимаемого груза, а бифиляр выполнен V- образной формы.
Конструктивное исполнение устройства для ограничения колебания груза на крановых стрелах показано на прилагаемом чертеже. Устройство содержит стрелу 1 с закрепленными на ней боковыми балками 2 и 3, имеющими канатные шкивы 10 и 11 на концах, грузовую 4 и вспомогательную 5 лебедки, грузовую подвеску, включающую в себя балансир 12 и гак. Несущий канат выполнен из двух ветвей 8 и 9, образующих бифиляр V-образной формы при соединении с балансиром 12. Канатные шкивы 10 и 11 соединены с балками 2 и 3 шарнирами карданного типа, позволяющими шкивам отклоняться в любой плоскости, следуя за канатом, причем перемещающиеся по этим шкивам два несущих каната 8 и 9 выполнены одинаковой длины, концы последних закреплены на двухсекционном барабане грузовой лебедки 4 и на концах балансира 12 грузовой подвески. Одновременно грузовая подвеска канатом-оттяжкой 7 соединена с барабаном маломощной вспомогательной лебедки 5, включающей в себя муфту предельного момента и приводной двигатель, крутящий момент на валу которого задан вручную или автоматически пропорционально массе поднимаемого груза (на чертеже муфта и приводной двигатель не показаны).
Устройство работает следующим образом.
При вертикальных перемещениях грузовой подвески с навешенным грузом лебедки 4 и 5 включаются одновременно, при перемещениях груза поворотом крановой стрелы и/или изменением ее вылета вспомогательная лебедка 5 включается одновременно с соответствующим приводным механизмом крановой стрелы.
При возникновении раскачиваний груза на подвеске их подавление и ограничение обеспечивается по двум плоскостям:
- в плоскости, перпендикулярной к продольной оси стрелы, - за счет демпфирующих свойств бифиляра V-образной формы, образованного ветвями 8 и 9 несущего каната, боковыми балками 2 и 3 со шкивами 10 и 11 и балансиром 12 грузовой подвески;
- в плоскости параллельной продольной оси стрелы, - тяговым усилием на барабане вспомогательной лебедки, воздействие которого с помощью каната-оттяжки передается на грузовую подвеску.
В фазе колебательного движения, когда грузовая подвеска движется «на стрелу», при образовании слабины каната-оттяжки 7 вспомогательная лебедка 5 выбирает слабину этого каната, при обратной фазе движения - «от стрелы» - усилие в канате-оттяжке нарастает, что приводит к включению в работу муфты предельного момента, когда усилие в канате-оттяжке 7, создаваемое уходящим грузом, превысит тяговое усилие на барабане вспомогательной лебедки 5. Муфта предельного момента позволяет продолжать «уходящее» движение груза на подвеске, а тяговое усилие барабана вспомогательной лебедки препятствует этому движению. После завершения фазы «уходящего» колебательного движения грузовая подвеска начнет движение «на стрелу»; муфта предельного момента застопорится, а барабан вспомогательной лебедки начнет выбирать образующуюся слабину каната-оттяжки. Процесс будет повторяться до полного гашения колебаний грузовой подвески с навешенным грузом.
Эффективность подавления и ограничения раскачиваний грузовой подвески зависит от ее общей массы, включая подвешенный груз, и длины вытравленных лебедками канатов. По мере приближения перемещаемой грузовой подвески к стреле, когда длина вытравленных канатов уменьшается, эффективность устройства по подавлению и ограничению колебаний увеличивается. Для максимального использования этого эффекта канатные шкивы 10 и 11 кинематически связаны с боковыми балками 2 и 3 пространственными шарнирами, позволяющими канатным шкивам отклоняться в горизонтальной и вертикальной плоскостях, отслеживая изменение положения несущих канатов, что позволяет максимально, приблизить грузовую подвеску к ноку.
Увеличение эффективности предлагаемого устройства в зависимости от массы поднимаемого груза обеспечивается ручным или автоматическим заданием величины тягового усилия барабана вспомогательной лебедки.
Предлагаемое устройство для ограничения колебаний груза на крановых стрелах прошло экспериментальную проверку во время стендовых испытаний судового крана грузоподъемностью 20 т с длиной стрелы 31 м и подтвердило свою эффективность, при этом тяговое усилие на барабане вспомогательной лебедки задавалось ступенчато и не превышало 0,1 тягового усилия грузовой лебедки.