Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования «Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет

(СибАДИ)»

Ю.В. Ремизович, О.В. Абдулаева

ИННОВАЦИИ

Омск ♦ 2017

1

Рецензенты:

канд. техн. наук, проф. А.И. Демиденко (СибАДИ); д-р техн. наук, проф. С.В. Корнеев (ОмГТУ)

Работа утверждена редакционно-издательским советом СибАДИ в качестве

«Машиностроение».

Будет полезно студентам, о учающимся по направлениям подготовки бакалавров, магистров «Наземные транспортно-технологические комплексы», «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов» и по специальности «Наземные транспортно-технологические средства» и другим механическим специальностям вузов.

Рекомендуется также нженерно-техническим работникам, занимающимся проектированием грузоподъемных машин.

Текстовое (символьное) издание (2,0 МБ)

Системные требования : Intel, 3,4 GHz ; 150 МБ ; Windows XP/Vista/7 ;

1 ГБ свободного места на жестком диске ; программа для чтения pdf-файлов

Adobe Acrobat Reader ; Google Chrome

Редактор О.А. Соболева Издание первое. Дата подписания к использованию 10.03.2017

Издательско-полиграфический комплекс СибАДИ. 644080, г. Омск, пр. Мира, 5 РИО ИПК СибАДИ. 644080, г. Омск, ул. 2-я Поселковая, 1

© ФГБОУ ВО «СибАДИ», 2017

2

Введение

Грузоподъемная техника включает механизмы с ручным приводом (МРП) и грузоподъемные машины (ГПМ) – краны. В свете последних изменений в законодательстве о ГПМ краны получили наименование «подъемные сооружения» (ПС). Назначение кранов – подъем и перемещение грузов в пределах определенного ограниченного пространства: цех, строительная площадка и т.д. Если ограничить сферу движения грузов преимущественно перемещением по горизонтали, то к грузоподъемной технике с определенной натяжкой могут быть отнесены конвейеры: ленточные, цепные и т.д.

Предлагаемые далее инновационные решения технических задач

Конъюнктура рынка – соотношение спроса и предложения.

Спрос будет зависеть, помимо прочего, от технического уровня грузоподъемной техники. Создавать новую технику необходимо с обеспечением высоких технических, эксплуатационных показателей, а также показателей безопасности и экологичности.

означает решение технбческ х задач на уровне изобретений с

В последнее время уделяется большое внимание вопросам

соответствующей патентной защитой, т.е. патентование. Одним из направлений решения энергосбережения является изыскание способов управления скоростью рабочих движений, осуществляемых от асинхронных электродвигателей переменного тока за счет использования устройств и средств механики. В настоящее время для управления частотой вращения электродвигателей используются электротехнические приемы с воздействием на параметры питающей электросети. Все это не может не сопровождаться неэффективными затратами электроэнергии. Подобные электротехнические устройства, например частотное тиристорное регулирование с элементами электроники, требует грамотного обслуживания. Для этого необходимы специалисты соответствующей квалификации. В данном издании указан ряд инновационных разработок механического типа для обеспечения энергосбережения.

3

Одним из видов законодательства в науке и технике является использование международных стандартов (ISO) и международной системы единиц (SI). В пределах данного пособия необходимо придерживаться следующих заимствований из системы СИ (SI) и их обозначений:

Q – грузоподъемность, кг;

F – сила, Н;

G =Qg – сила тяжести, Н; L ( ) – длина, м;

t – время, с;

P – мощность, кВт;

p– давление, МПа;

σ– напряжение, МПа;

4

1. НОВОЕ В ЗАКОНОДАТЕЛЬСТВЕ О ГРУЗОПОДЪЕМНОЙ ТЕХНИКЕ

До 2013 г. основным документом, регламентирующимпроектирование, изготовление, монтаж и эксплуатацию грузоподъемных машин, были «Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов» [1].

12 ноября 2013 г. Федеральная служба по экологическому, технологическому и атомному надзору своим приказом № 533 отменила указанные «Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов» [1] и ввела взамен «Правила безопасности опасных производственных объектов, на которых используются

соответствие с федеральным законом от 21 июля 1997 г. №116-ФЗ

подъемные сооружения». Этим документом установлены федеральные нормы и правила (ФНП) промышленнойИ безопасности в

объектов».

«О промышленной безопасностиДопасных производственных

ФНП устанавливают требования к деятельности в области промышленной безопасности наАопасных производственных объектах (ОПО), на которых используются стационарно установленные грузоподъемные механизмыб(далее подъемные сооружения), в том числе к работникам ОПО.

Положения ФНПираспространяются на организации независимо от их организационно-правовых форм и форм собственности, которые используют ПССна терр тор Российской Федерации. ФНП в части терминов и определен й соответствуют техническому регламенту Таможенного союза ТР ТС 010/2011 «О безопасности машин и оборудования» и Техническому регламенту «О безопасности колесных транспортных средств».

Требования ФНП распространяются на следующие ПС и оборудование, используемое совместно с ПС: грузоподъемные краны всех типов, мостовые краны-штабелеры, краны-трубоукладчики, краны-манипуляторы, строительные подъемники, подъемники и вышки, электрические тали, краны-экскаваторы, предназначенные для работы с крюком (электромагнитом), сменные грузозахватные органы (крюки, грейферы, магниты) и сменные грузозахватные приспособления (траверсы, захваты, стропы), рельсовые пути (для опорных и подвесных ПС).

5

ФНП устанавливают требования к специализированным организациям, выполняющим работы по монтажу, ремонту, реконструкции и эксплуатации ПС, а также к сотрудникам специализированных организаций, причем разделяют сотрудников на работников (специалисты, имеющие высшее или среднее специальное образование) и персонал (лица рабочих профессий).

ФНП устанавливают требования: к материалам, используемым для изготовления ПС; к видам и методам сварки; оборудованию, используемому для контроля материалов и качества сварных швов; средств поверки измерительных приборов и устройств безопасности.

Количественные показатели, используемые при проектировании и эксплуатации ПС, приведены в приложениях 1–8 ФНП и в основном

В КРАНОВОМ МЕХАНИЗМЕ (ВАР АНТ 1)

Особенностями работы крановых механизмов, в частности механизма подъема груза (МПГ), являются: изменение нагрузки в больших пределах и направлениях действия, широкий диапазон регулирования скорости при различных значениях и знаках нагрузки;

двигатели с короткозамкнутым ротором (в том числе двух- и трехскоростные), с фазным ротором и двигатели постоянного тока. Соотношение удельных стоимостей (р./кВт) данных двигателей

1,7:1:2,2 [2].

Для управления двигателями с целью обеспечения требующегося диапазона изменения скорости используют силовые кулачковые контроллеры (КК); магнитные контроллеры (МК); системы: Г–Д; ПЧН–АД. Соотношение стоимостей указанных управляющих устройств 1:5,3:15:50 [2]. Кроме того, используют системы ТПН–АД, УВ–Д и др. Всем им в той или иной мере присущи недостатки: низкие энергетические показатели, ступенчатое регулирование скорости, высокая стоимость, необходимость квалифицированного обслуживания и т.д. [2].

6

Сравнительные показатели по массе различных типов электропривода при мощности двигателя 30 кВт составляют:

Масса двигателя мощностью 30 кВт составляет 315–335 кг [2].

содержит один типовой комплект, включающийИдвигатель, муфтутормоз, редуктор, рабочий орган (барабан, зубчатое колесо и др.). Для

Таким образом, за счет системы управления масса электропривода может увеличиваться в 2–5 раз.

Используют крановые механизмы двух модификаций:

механизмов раздельного типа (как правилоД, механизм передвижения крана) характерно наличие двух и более типовых комплектов.

моноблочный и раздельный. При моноблочном исполнении механизм

Несмотря на удвоенное количество комплектующих единиц,

КрановыеСМПГ раздельного типа (два двигателя или два барабана) не нашли широкого применения, так как решали частные задачи, например задачу порожних перемещений грузов малой массы включением одного двигателя [4].

Цель данной инновационной разработки – обосновать возможность и целесообразность исключения электротехнических систем управления, применяемых ныне в крановых механизмах, с обеспечением нужного диапазона скоростей за счет средств и приемов механики. Для достижения указанной цели предложен МПГ, кинематическая схема которого изображена на рис. 2.1.

Механизм содержит двойной комплект, включающий электродвигатель 1, муфты-тормозы 2, редукторы 3, барабаны 4 и 6, а

7

также полиспаст 5 и счетчик оборотов 7. При вращении одного из барабанов (4 или 6) полиспаст работает как одинарный; при вращении обоих барабанов – как сдвоенный.

барабане [4]. Электродвигатель 1 – асинхронный с короткозамкнутым ротором (типа МТКF)ивы ран как наиболее дешевый, экономичный и надежный [2]. Редуктор 3 – ц л ндрический двухили трехступенчатый. Основное отличие состо т в том, что барабаны 4 и 6 имеют разные

диаметры по центрам витка каната. Допустим диаметр D4 барабана 4 больше диаметра D6 барабана 6. Скорость vк , м/с, каната,

наматываемого на барабан 4, будет больше скорости vк2 каната,

8

наматываемого на барабан6. Разность скоростей будет пропорциональна разности диаметров

(vк1 −vк2 ) = f (D4 − D6 ).

В целом скорости vг1 − vг8 груза, обеспечиваемые данным

механизмом, можно определить по формулам, приведенным в табл. 2.1 (uп − кратность полиспаста, численно неизмененная при его

работе как по одинарной, так и по сдвоенной схеме. Скорости vг3 ,

2.1барабана1

Знак «+» – вращение по часовой стрелке, «–» – против, 0 – барабан не

вращается 2Знак «+» подъем груза, знак «–» опускание

Номинальную (паспортную) скорость груза назначают исходя из типа крана, характера груза, вида работ, группы режима и пр. [4]. Примерный скоростной режим при подъеме груза «с веса»

представлен на диаграмме (рис. 2.2). Периоды ∆ti пуска (разгона) на

каждом этапе малы (≈0,5 с) из-за жесткой естественной характеристики асинхронных двигателей. Скорость vг3 зависит только от разности диаметров барабанов и может быт ь сколь угодно малой (0,01–0,05 м/с).

9