Пользователь Пароль
Забыли пароль? Регистрация
Содержание >> Анализ и проектирование >> Системы объемного гидропривода >> Гидроприводы строительных самоходных кранов >> Динамика гидроприводов главной лебедки и механизма подъема-опускания стрелы строительных самоходных кранов грузоподъемностью 25 и 100 тс

Системы объемного гидропривода - Динамика гидропривода лебедки и механизма подъема-опускания стрелы кранов <br /> стрелы строительных самоходных кранов грузоподъемностью 25 и 100 т

Динамика гидроприводов главной лебедки и механизма подъема-опускания
стрелы строительных самоходных кранов грузоподъемностью 25 и 100 т

Гидросистемы строительных самоходных кранов отличаются однородной структурой, поэтому при их создании часто используются методы блочно-модульного логического синтеза [2]. Однако в ряде случаев для проектирования систем гидроприводов бывает недостаточно только формальных логических методов; необходима дополнительная оценка работоспособности системы и определение ее основных параметров, связанных с настройкой гидроаппаратов и спецификой их работы. Приближенный расчет при разработке гидросистем кранов сопряжен с рядом допущений и невозможностью учета изменения многих факторов во времени, особенно при динамическом расчете, что приводит к тому, что настроечные параметры гидросистемы оказываются, как правило, завышенными. Во избежание необоснованных потерь мощности привода крана, особенно в режимах опускания груза и стрелы, эти параметры уточняют при отладке гидросистемы индивидуально для каждого крана при его испытании на заводе. Однако, при довольно ограниченных ресурсах соответствующих производств экспериментальный выбор параметров настройки также не гарантирует достижения их оптимальных значений.
В условиях большого количества моделей кранов и широкого спектра нагрузок решение такой задачи существенно облегчается применением программных средств автоматизированного расчета. В частности, с помощью программного комплекса HYDRA были проведены исследования динамики гидросистем лебедки основного подъема и механизма наклона стрелы кранов грузоподъемностью 25 и 100 т. Указанные механизмы в режимах опускания грузов, стрелы при неправильной настройке тормозного и предохранительного клапанов подвержены автоколебаниям. Поэтому целью проведенных исследований являлось определение значений ряда параметров, обеспечивающих плавную работу механизмов в указанных режимах, а также оценка их влияния на устойчивость работы, характер переходных процессов в гидроприводе, пиковые давления.


Рис. 1.

На рис.1, а, б приведены расчетные схемы гидросистем кранов: гидропривода грузовой лебедки (а) и гидропривода механизма наклона стрелы (б) с нанесенными на них узлами 1, ..., 31. Каждый типовой гидроэлемент (насос, гидромотор, клапан и т.д.) описывается определенной математической моделью, отражающей его основные динамические свойства. Для предохранительного клапана прямого действия, соединяющего узлы 15 и 16, в рамках рассматриваемой задачи была использована упрощенная математическая модель, описывающая только статическую характеристику. Тормозной клапан представлен на расчетной схеме в виде комбинации подпружиненного поршня регулятора и регулируемого дросселя, проходное сечение которого является функцией перемещения поршня.
В качестве основных возмущающих воздействий были приняты: силы, моменты, приведенные массы, перемещение золотника гидрораспределителя.
Момент на валу барабана лебедки с учетом динамической нагрузки [3]:



Dб – диаметр барабана; mг – масса груза; Кп – кратность полиспаста; ηп – КПД полиспаста; ω – частота собственных колебаний механической системы крана и груза;  nгм – частота вращения вала гидромотора; uл – передаточное число редуктора лебедки; g – ускорение свободного падения.
Зависимости массы mпр стрелы с грузом и силы Rц, приведенных к штоку гидроцилиндра механизма подъема-опускания стрелы, от относительного хода поршня S/Smax, где  Smax – максимальный ход поршня, представлены на рис. 1, в, г.
Перемещение золотника гидрораспределителя из одной позиции в другую осуществлялось по линейному закону за 1 с.
В процессе моделирования гидросистем проверялась устойчивость режимов опускания крановых механизмов при различных давлениях настройки рт тормозного клапана (давление начала открытия запорно-регулируемого золотника), которое изменялось от 2 до 5 Мпа.
Динамический анализ гидросистем грузовой лебедки и механизма наклона стрелы, например, крана грузоподъемностью 100 т, проводился при следующих значениях основных параметров: рабочие объемы насоса и двух гидромоторов 225 см3/об; диаметры поршня и штока гидроцилиндра 300 мм и 200 мм, ход поршня 2980 мм; диаметр и длина напорной и сливной гидролиний соответственно 32 мм и 2 м; давление настройки предохранительного клапана рпр = 17.5 Мпа; угловая скорость вала насоса 100 рад/с; объемный модуль упругости рабочей жидкости 1000 Мпа; максимальная площадь проходного сечения регулируемого дросселя 9-10 равна 2.4 см2; диаметр условного прохода и ход золотника гидрораспределителя соответственно 32 мм и 24 мм.
В кранах бóльших грузоподъемностей увеличение количества гидродвигателей учитывалось соответствующим изменением параметров гидроцилиндра или гидромотора.
Анализ полученных результатов показал, что наиболее чувствительным к изменению параметров настройки является механизм грузоподъемной лебедки. Колебания при переходных процессах в гидросистемах лебедок у кранов всех рассматриваемых грузоподъемностей начинаются при значениях рт в 1.5 раза бóльших, чем в гидросистемах подъема-опускания стрелы. На рис. 2, а показаны зависимости [2], c помощью которых рекомендуется выбирать давления настройки предохранительного и тормозного клапана для механизмов лебедки и подъема-опускания стрелы.


Рис. 2.

На рис. 2, б,в,г приведены типовые расчетные осциллограммы переходных процессов в гидросистемах механизмов грузовой лебедки и подъема-опускания стрелы крана грузоподъемностью 100 т в режиме опускания при рт = 3.5 Мпа.
Как видно из рис. 2, б, стабилизация скорости v12 опускания стрелы происходит быстрее (0.7 с), чем стабилизация частоты вращения n12 вала гидромотора (1.1 с), которая имеет при этом относительно бóльшую амплитуду и меньшую частоту колебаний. Колебания давлений (рис. 2, в) в подводящей и отводящей магистралях гидромотора р22, р23м и гидроцилиндра р24, р23ц имеют одинаковую частоту, но отличаются по амплитуде и фазе. Затухание колебаний этих величин до установившихся значений амплитуды в механизме лебедки происходит через 1.1 с после начала переключения золотника. Колебания давлений в гидроцилиндре происходят с небольшой амплитудой и низкой частотой, что свидетельствует о меньшей подверженности гидросистемы механизма подъема-опускания стрелы автоколебаниям.
Динамика перемещений х14м и х14ц золотника тормозного клапана при работе в гидросистеме лебедки и механизма наклона стрелы, а также закон перемещения х золотника гидрораспределителя показаны на рис. 2, г.
Анализ осциллограмм показал, что гидросистемы обладают достаточной степенью демпфирования элементов для гашения собственных колебаний. Было установлено, что давление настройки предохранительного клапана рпр, ограничивающего давление, развиваемое насосом в процессе опускания груза и стрелы, не оказывает влияния на устойчивость этих процессов. Однако, для предотвращения неоправданных потерь энергии основным условием для выбора величины рпр должно быть обеспечение номинальной скорости опускания.
Расчетами было установлено, что опускание механизмов начинается только при соблюдении условия рпр/рт > 1, так как только при этом начинается открытие тормозного клапана. Достижение номинальной скорости опускания при полностью открытом канале гидрораспределителя возможно лишь при выполнении условия рпр/рт ≥ 1.2.
С учетом статической характеристики предохранительного клапана был принят запас по давлению для обеспечения его стабильной работы совместно с тормозным клапаном.
Полученные расчетные результаты были экспериментально проверены на стендах, а также на кранах грузоподъемностью 25 и 40 т [3]. Переходные процессы, полученные опытным путем, носят тот же характер, что и расчетные, а их параметры отличаются не более чем на 5-8%, что свидетельствует о достаточной корректности проведенного численного анализа.
На основе проведенных исследований были откорректированы принципиальные схемы гидросистем кранов, обоснован и снижен уровень давления настройки предохранительных и тормозных клапанов, улучшены динамические характеристики гидросистем.

Главная | Дискретность | Пользование сайтом | Ссылки | Связь с нами
© Д-р Юрий Беренгард. 2010 - 2017
Последнее обновление: 11 ноября 2017 г.


Rambler's Top100