УСТРОЙСТВО ДЕМПФИРОВАНИЯ КОЛЕБАНИЙ ГРУЗА НА КРАНОВОЙ СТРЕЛЕ

Заявляемое в качестве полезной модели устройство относится к подъемно-транспортному машиностроению и может быть использовано в стреловых грузоподъемных устройствах различного назначения, в частности в судовых палубных кранах.
Особенностью в работе стреловых кранов является проблема раскачивания поднятого груза, ограничивающая возможность безопасного выполнения грузовых операций и вызывающая дополнительные динамические воздействия на металлоконструкции и механизмы крана. Наиболее остро указанные проблемы прослеживаются в работе судовых кранов, выполняющих погрузочные операции на открытой воде в сложных погодных условиях, включая качку, что вызывает необходимость вводить в конструкцию крана различные системы слежения за положением груза, устройства подавления его колебаний.
Известны стреловые краны с противораскачивающими устройствами 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, (45). 10. 08. 2003, (51) B66C 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 устройства, в которых для подавления колебаний поднятого груза использованы двухканатные пространственные запасовки, образованные уравнительными шкивными блоками, закрепленными на стреле в определенных положениях (см. патент RU №2006447, (45) 30.01.1994, (51) B66C 13/00 «Грузовая подвеска крановой стрелы»; патент RU №2447009, (45) 10.04.2010, (51) B66C 13/00 «Подвеска грузовой стрелы»). Наличие нескольких шкивных блоков, размещенных на стреле, делают ее громоздкой, усложняется кинематика канатной запасовки с одновременным увеличением числа перегибов несущих канатов, отрицательно влияющих на их работоспособность и долговечность.
Известны устройства подавления раскачиваний, использующие системы слежения за положением поднятого груза, например, по разности усилий в ветвях несущих кантов, возникающих при колебаниях подвешенного на них груза (номер международной публикации WO 2010/072988 A1, (21) PCT/GB2009/001775, (22) 17.07.2009, (43) 01.07.2010 «Лебедка и способ погрузочно-разгрузочных работ»).
Устройство имеет один уравнительный канатный шкив, ось вращения которого подвижна и перемещается штоком гидроцилиндра слежения в зависимости от разности усилий в ветвях несущего каната, концы которого закреплены на разных барабанах. Наличие двух барабанов, участвующих в подъеме груза, исполнительного гидроцилиндра с уравнительным канатным шкивом на штоке гидроцилиндра следует отнести к недостаткам рассматриваемого технического решения.
В судовых плавучих кранах для ограничения раскачиваний груза успешно применяются устройства пространственного подвеса грузового гака на трех ветвях несущих канатов, образующих трехгранную пирамиду с основанием на ноке (конце) стрелы, а вершиной у гака (крюковой подвески). В подъеме груза задействованы все три ветви канатов, концы которых закреплены и наматываются на один барабан, разность усилий в ветвях канатов, возникающая при раскачивании перемещаемого стрелой груза, компенсируется уравнительными шкивными блоками в каждой ветви, перемещаемыми штоками гидроцилиндров, рабочие полости которых гидравлически связаны между собой с использованием регулируемых дросселей. Рассматриваемая трифилярная подвеска гака или ферма Мизеса обладает достаточной эффективностью при подавлении раскачиваний поднятого груза, но приводит к значительному росту массогабаритных показателей грузоподъемного устройства. Этот показатель удалось снизить в судовом кране C2500, у которого трифилярная подвеска канатов с маломощными лебедками-оттяжками по концам используется для стабилизации положений гака, а вертикальные перемещения груза, подвешенного на гак, обеспечиваются основной грузовой лебедкой требуемой грузоподъемности (Васильев И.Н. «Практический аспект разработки способов безударной передачи грузов в условиях волнения моря». ОАО «ЦКБ МТ «Рубин» Материалы конференции «Взгляд в будущее-2015», стр. 33-40).
Основным недостатком рассмотренного технического решения, являющегося аналогом заявляемого решения, является необходимость введения, кроме основной грузовой лебедки, нескольких лебедок-оттяжек, размещенных на стреле, что делает стрелу громоздкой по габаритам, при этом возникает сложность настройки синхронной работы всех лебедок одновременно при подъеме грузов различной массы.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемой полезной модели по совокупности признаков является устройство по патенту RU №110361, (45) 20.11.2011, (51) B63B 27/04 «Устройство для ограничения колебаний груза на крановых стрелах». Указанное устройство, принятое за прототип, 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. В прототипе самопроизвольные пространственные раскачивания груза, подвешенного на гак, преобразуются с помощью несущих канатов бифилярной подвески в колебания канатных шкивов на боковых балках стрелы, происходящие в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Подавление раскачиваний груза вдоль оси стрелы и связанных с ними колебаний шкивных блоков в вертикальной плоскости осуществляется с помощью лебедки-оттяжки, барабан которой связан с гаком посредством каната. При работе лебедка-оттяжка выбирает слабину этого каната, когда груз и канатные шкивы 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 в этом случае энергия движущихся масс расходуется на деформацию сторон перевернутой трапеции, основаниями у которой являются боковые балки на ноке стрелы с одной стороны и балансир в подвеске гака с другой, а боковыми сторонами этой трапеции служат ветви несущих канатов бифилярной подвески гака, закрепленных по концам его балансира.
К основным недостаткам прототипа следует отнести:
- эффективность подавления раскачиваний груза вдоль оси стрелы зависит от его положения относительно нока стрелы со шкивными блоками и от величины вылета стрелы, при этом на минимальных вылетах, когда груз находится в нижнем опущенном положении, эффективность подавления колебаний минимальна и практически не зависит от массы груза, но по мере подъема груза и приближения его к шкивным блокам эффективность увеличивается, аналогичное воздействие оказывает и увеличение вылета стрелы;
- эффективность подавления колебаний груза, перпендикулярных оси стрелы, зависит от соотношения линейных размеров «перевернутой трапеции» в бифилярной подвеске гака, которая увеличивается по мере сокращения свободной длины ветвей несущих канатов, а повышение эффективности возможно лишь за счет изменения соотношения длины оснований, например, путем увеличения расстояния между шкивными блоками на боковых балках стрелы или уменьшения длины балансира гака, что вступает в противоречие с массогабаритными характеристиками стрелы и нагрузочными параметрами грузовой лебедки.
Задачей заявляемого на полезную модель технического решения является повышение эффективности подавлений пространственных раскачиваний (колебаний) груза на крановой стреле, возникающих в результате внешних воздействий на него, а технический результат - эффективное устройство демпфирования колебаний канатных шкивов на стреле, связанных упругими связями с качающимся грузом.
Указанная задача достигается тем, что на торцах боковых балок расположены основные цапфы, на которых с помощью серег со взаимно перпендикулярными осями закреплены обоймы, содержащие канатные шкивы и имеющие возможность пространственного отклонения под действием несущих канатов бифилярной подвески гака, при этом шарнирная подвеска шкивов на ноке стрелы, имеющих упругие связи с качающимся грузом, позволяет отслеживать пространственные перемещения груза, подвешенного на гак, по колебаниям обойм с канатными шкивами и позволяет воздействовать на них для подавления качаний груза.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежом, на котором показано устройство демпфирования колебаний груза на крановой стреле, где крановая стрела - 1; боковые балки - 2; канатные шкивы - 3; несущие канаты - 4; цапфы основные - 5; серьги - 6; обоймы канатных шкивов 7; цапфы дополнительные - 8; амортизаторы - 9.
Заявляемое устройство содержит стрелу 1 с закрепленными на ней боковыми балками 2, имеющими канатные шкивы 3 на концах, последние выполнены отклоняющимися в горизонтальной и вертикальной плоскостях под действием ветвей несущих канатов 4 бифилярной подвески гака, при этом на торцах боковых балок расположены основные цапфы 5, на которых с помощью серег 6 со взаимно перпендикулярными осями закреплены обоймы 7 канатных шкивов 3, вращающихся под действием несущих канатов, огибающих их, и имеющих возможность пространственного отклонения под действием несущих канатов бифилярной подвески гака, одновременно на боковых балках стрелы и на внутренних стенках каждой из обойм размещены дополнительные цапфы 8, на которых с помощью аналогичных по конструкции серег шарнирно закреплены проушины амортизаторов 9, демпфирующих колебания обойм.
Заявляемое устройство работает следующим образом: возникающие в силу инерционных и других внешних воздействий пространственные раскачивания груза, перемещаемого стрелой 1, подвешенного на гак с бифилярной грузовой подвеской, образованной боковыми балками 2 с канатными шкивами 3 по концам и огибающими их несущими канатами 4, преобразуются в соответствующие колебания обойм 7 канатных шкивов 4, возможность пространственных перемещений которых обеспечивается за счет использования серег 6, шарнирно закрепленных на основных цапфах 5 на торцах боковых балок 2. Для демпфирования (подавления) колебаний обойм 7 и соответственно перемещаемого груза, связанного с обоймами 7 упругими связями в виде несущих канатов 4, используются амортизаторы 9, проушины на концах которых шарнирно соединены с использованием серег аналогичной конструкции, с дополнительными цапфами 8, расположенными на боковых балках 2 и на внутренней стенке каждой из обойм 7.
Заявляемое устройство позволяет путем амортизации обойм канатных шкивов, шарнирно подвешенных на боковых балках стрелы, достичь более эффективного подавления раскачиваний перемещаемого стрелой груза, возникающих под воздействием на него инерционных и других внешних нагрузок.
Устройство для ограничения колебаний груза, подвешенного на гаке с бифилярной грузовой подвеской, прошло испытания в составе палубного крана КЭГ 20031С судна ВТР-79, а введение амортизации обойм канатных шкивов без существенных доработок конструкции крана расширяет возможности проведения грузовых операций на судне в открытом море на волнении.