44

1 Анализ состояния вопроса

1.1 Актуальность работы

Несмотря на усиливающуюся тенденцию использования специализированных подъемно-транспортных машин для перегрузки определенных видов груза, перегрузочные портальные краны остаются наиболее распространенным видом портовой техники.

В современной промышленности, занимают значительное место среди подъёмно-транспортных машин именно портальные краны, на которые возложены функции: погрузки-разгрузки различного сырья (уголь, зерновые, строительные материалы и т.д.).

Как показывают данные по эксплуатации портальных кранов, в ряде случаев возникают чрезвычайные ситуации, в результате которых происходят опрокидывания и падения стрел, противовесов и самих кранов, обрыв грузовых канатов, разрушение соседних объектов и т.д. По данным лаборатории грузоподъемных машин СПГУВК, за 9 лет в 11 портах России и Украины произошли 14 крупных аварий перегрузочных портальных кранов различных типов. Анализ имеющихся статистических материалов показал, что среднее время между авариями находится в пределах 6000 машино-часов наработки кранов. Тем не менее, затраты на устранение последствий аварий, поломок и потери, связанные с ними, весьма значительны. В настоящее время, возрастает тенденция использования основного оборудования за пределами нормативных сроков службы. В частности, в морских портах эксплуатируется более 80% кранов старше 12 лет и около 40% кранов старше 25 лет. Использование парка машин, выработавших ресурс, приводит к возрастанию количества аварийных отказов.

Одним из основных и наиболее частым видом поломок является обрыв канатов. Такой вид поломки является не самым серьёзным, но причины вызывающие подобные аварийные ситуации имеют негативное влияние на дальнейшую эксплуатацию крана. Основной причиной обрыва являются динамические нагрузки вызванные раскачиванием груза, его колебаниями.

Поэтому, при создании современных портальных кранов и при модернизации существующих, целесообразно на основе новейших методик определять показатели будущих нагрузок на портальный кран, позволяющие прогнозировать безаварийную работу кранов.

Одной из главных особенностей крановых механизмов является то, что в большинстве случаев груз с механизмом подъёма связан не жёстко, а с помощью упругих связей, что в свою очередь является основной причиной возникновения колебаний при его горизонтальном перемещении. Раскачивание груза возникает при пуске и торможении механизмов передвижения или поворота крана. Колебания заметно увеличивают время технологического цикла, вызывают неравномерное движение крана, увеличивают нагрузку на элементы конструкции портального крана, вызывают усиленный износ отдельных узлов, а в некоторых случаях могут вызвать опасность столкновения груза с объектами, расположенными по пути движения грузоподъёмного органа (грейфера). Также раскачивание груза имеет особое значение при автоматизации кранов и для кранов, осуществляющих точные операции, например, прицельную погрузку-разгрузку вагонов или водного грузового транспорта. Возникающие колебания долго не затухают вследствие малого сопротивления воздуха, положительных ветровых нагрузок, гибкости и податливости канатов, поэтому необходимо применять специальные меры по демпфированию колебаний.

Недостаточная защита портальных кранов от возникновения колебаний груза не позволяет максимально эффективно использовать данный вид техники из-за возникновения дополнительных колебаний. В результате чего на рабочие параметры крана накладываются ограничения, которые вызывают снижающие рабочих характеристик крана, его эффективность и конкурентоспособность по отношению к другим видам подъёмно-транспортного оборудования, например, конвейерам которые частично могут заменить портальные краны на некоторых видах погрузочно-разгрузочных работ.

Таким образом, для решения одной из кардинальных проблем эффективности грузоподъемных кранов с гибким подвесом груза необходимо исследовать явления, возникающие при раскачиваниях груза, и обеспечить его перемещение с малыми колебаниями. Последний фактор имеет также социальный аспект - напряженность труда и утомляемость оператора, условия его работы. Решение проблемы колебаний груза позволит использовать портальные краны с большей эффективностью.

При разработке кранов очень редко имеется возможность создания опытного образца, который можно было бы всесторонне исследовать в реальных условиях эксплуатации, вплоть до аварийных ситуаций. Конструктор должен быть уверен, что произведенные им расчеты учитывают процессы, реально протекающие при работе кранов. Поэтому важным является разработка математических моделей кранов, их проверка и реализация на ЭВМ с целью получения требуемых показателей, работоспособности крана. При этом, процесс формирования модели для сложной динамической системы является трудоемкой задачей, которую каждый раз приходится решать заново, как только конструктор сталкивается с новой конструкцией или технологическим решением ранее не применяемом на данном виде техники или оборудовании.

Эффективным методом защиты портального крана является снижений колебаний груза, повышение защиты машины в целом, металлоконструкции, а также повышения защиты механизмов. Снижение возможных негативных последствий связанных с колебаниями груза, таких как: обрыв каната, выход из строя полиспастной системы, перегруз двигателей, дополнительные нагрузки на металлоконструкцию.