Осипова Тетяна Миколаївна Обґрунтування ефективнос­ті застосування демпфуючих пристроїв у барабанних піднімальних установках при перехідних процесах

Краткое описание

Осипова Тетяна Миколаївна, асистент кафедри машинобудування та транспорту Української інженер­но-педагогічної академії: «Обґрунтування ефективнос­ті застосування демпфуючих пристроїв у барабанних піднімальних установках при перехідних процесах» (05.05.05 - піднімально-транспорті машини). Спецра- да К 64.108.02 в Українській інженерно-педагогічній академії

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
УКРАЇНСЬКА ІНЖЕНЕРНО-ПЕДАГОГІЧНА АКАДЕМІЯ
Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису
ОСИПОВА ТЕТЯНА МИКОЛАЇВНА
УДК 621.863.2:534.11-752
ДИСЕРТАЦІЯ
ОБҐРУНТУВАННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ЗАСТОСУВАННЯ
ДЕМПФУЮЧИХ ПРИСТРОЇВ У БАРАБАННИХ ПІДНІМАЛЬНИХ
УСТАНОВКАХ ПРИ ПЕРЕХІДНИХ ПРОЦЕСАХ
Спеціальність 05.05.05 — піднімально-транспортні машини
133 - галузеве машинобудування

ЗМІСТ
ВСТУП 21
1 АНАЛІЗ ІСНУЮЧИХ НАУКОВИХ ДОСЛІДЖЕНЬ ДИНАМІКИ
ПІДНІМАЛЬНИХ УСТАНОВОК 28
1.1 Дослідження динамічних процесів у силовій лінії передач
піднімальних установок 28
1.2 Оптимізація та мінімізація динамічних перехідних і стаціонарних
процесів піднімальних установок 36
1.3 Демпфуючі пристрої в канатах піднімальних установок 39
1.4 Експериментальні дослідження коливальних процесів в елементах
піднімальних установок 43
1.5 Висновки до розділу 1 48
2 МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ НАУКОВИХ ДОСЛІДЖЕНЬ 50
2.1 Вибір напрямку дослідження 50
2.2 Загальні методи та методики розв’язання задач 51
2.3 Характеристика використаних програм і апаратних пристроїв у
науково-лабораторних дослідженнях 52
2.4 Похибки вимірювань 63
2.5 Висновки до розділу 2 63
3 МАКСИМАЛЬНІ ДИНАМІЧНІ НАВАНТАЖЕННЯ В КАНАТАХ
БАРАБАННИХ ПІДНІМАЛЬНИХ УСТАНОВОК 65
3.1 Перехід від системи з розподіленою масою каната до системи з
невагомим канатом 68
3.2 Еквівалентні динамічні схеми піднімальних установок 74
3.2.1 Вплив валопроводу на коливання канатів 74
3.2.2 Вплив копрового шківа на коливання канатів 80
3.3 Аналітичне вираження динаміки однокінцевої піднімальної
установки та коефіцієнти динамічності канатів 88
3.4 Перекачування енергії в канатах піднімальних установок 96

19
3.5 Динаміка однокінцевої піднімальної установки з урахуванням
потенційної енергії канатів 102
3.6 Висновки до розділу 3 108
4 ЗМЕНШЕННЯ ДИНАМІЧНИХ НАВАНТАЖЕНЬ У КАНАТАХ
БАРАБАННИХ ПІДНІМАЛЬНИХ УСТАНОВОК ПРИ ПЕРЕХІДНИХ ПРОЦЕСАХ 110
4.1 Динамічні процеси в канатах піднімальних установках з
використанням демпфуючих пристроїв 110
4.2 Демпфуючий пристрій піднімальних установок 120
4.3 Розрахунок коефіцієнтів дисипації демпфуючого пристрою з
гумовими елементами 123
4.4 Розрахунок коефіцієнта дисипації демпфуючого пристрою з
тарілчастими елементами 129
4.5 Висновки до розділу 4 139
5 ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ДИНАМІКИ КАНАТА
ПІДНІМАЛЬНОЇ УСТАНОВКИ 141
5.1 Методика проведення лабораторного експерименту по визначенню
динамічних навантажень у канаті однокінцевої піднімальної
установки 142
5.1.1 Планування експерименту 142
5.1.2 Прилади та матеріали 143
5.1.3 План проведення випробувань 143
5.2 Пристрій експериментальної установки 145
5.3 Вимірювальна апаратура 151
5.4 Результати проведеного лабораторного експерименту 158
5.5 Оцінка працездатності піднімального каната 163
5.6 Висновки та рекомендації до розділу 5 167
ВИСНОВКИ 169
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 171
Додаток А Схеми піднімальних установок, їх технічні та динамічні

20
параметри 193
Додаток Б.1 Виведення системи рівнянь п’ятимасової системи 200
Додаток Б.2 Залежність коефіцієнтів дисипації канатів піднімальних
машин від висоти підйому 204
Додаток В Виведення системи рівнянь трьохмасової системи 205
Додаток Г.1 Інженерна методика розрахунку параметрів гумових
елементів гумометалевого демпфуючого пристрою 209
Додаток Г.2 Результати розрахунків гумометалевих демпфуючих
пристроїв 213
Додаток Г.3 Інженерна методика розрахунку параметрів демпфуючого
пристрою з тарілчастими пружинами 215
Додаток Д.1 Список публікацій здобувача 226
Додаток Д.2 Відомості про апробацію результатів дисертації 230
Додаток Е Акти впровадження 232

Список литературы

ВИСНОВКИ
У дисертаційній роботі вирішене науково-практична задача - зменшення максимальних динамічних навантажень у канатах барабанних піднімальних установок під час перехідних процесів за рахунок застосування демпфуючих пристроїв.
1. Проведено аналіз існуючих наукових досліджень у галузі коливальних силових процесів у піднімальних установках, який показав, що динаміка канатів розглядається без застосування демпфуючих пристроїв. Тому в роботі розглянуті динамічні процеси в канатах з урахуванням демпферів коливань.
2. Розроблено динамічні математичні моделі багатомасових барабанних піднімальних установок з урахуванням їхніх дискретних мас, пружних зв'язків і зовнішніх збурювань. Доведено, що:
• коливальні процеси у валопроводі піднімальних установок практично не впливають на коливання кінцевих вантажів на канатах за рахунок великої жорсткості валів у порівнянні з канатами;
• напрямний шків практично не впливає на коливання кінцевого вантажу й каната (похибка за амплітудою коливань не перевищує 1 %).
3. Проведено дослідження з визначення коефіцієнтів динамічності в пружних зв'язках барабанних піднімальних установок і запасів міцності канатів з урахуванням максимальних динамічних навантажень. Визначено, що коефіцієнти динамічності канатів знаходяться у межах від 1,95 до 2,1, а коефіцієнт запасу міцності зменшується по відношенню до статичного силового стану в середньому у 2 рази.
4. Отримано аналітичні вирази для визначення параметрів динамічних процесів, у тому числі коефіцієнтів динамічності трьохмасової системи однокінцевої піднімальної установки. Наведено спрощені формули для визначення максимальних значень коефіцієнтів динамічності каната з похибкою не більше 2,5 %.

170
5. Для трьохмасової системи двохкінцевої барабанної піднімальної установки отримані аналітичні вирази, що дозволяють досліджувати ефект «перекачування енергії» в канатах у моментах сил пружності. Визначено, що даний ефект виникає за умови, коли жорсткості пружних ланок і моменти інерції крайніх дискретних мас дорівнюють між собою.
6. Для однокінцевої піднімальної установки отримана система диференціальних рівнянь для розрахунків переміщень дискретних мас із урахуванням потенційної енергії канатів. Урахування потенційної енергії канатів збільшує розрахункову амплітуду коливань кінцевого вантажу під час перехідних процесів на 6,5 %.
7. Проведено дослідження щодо зменшення коефіцієнтів динамічності канатів барабанних піднімальних установок з урахуванням застосування демпфуючих пристроїв, розташованих між канатом і кінцевим вантажем. За рахунок дисипації канатів і демпфуючих пристроїв, коефіцієнт динамічності довгого каната можна знизити до 1, короткого - до 1,3, а час загасання коливань зменшити з 100 с до 12 с.
8. Проведено експериментальні лабораторні дослідження на моделі однокінцевого підйомника щодо мінімізації амплітуди коливань кінцевого вантажу на канаті за рахунок застосування демпфуючого пристрою з гумовими елементами. Результати показали зменшення максимальної амплітуди коливань зусилля в канаті під час перехідних процесів до 28 %.
9. Розроблені інженерні методики розрахунку піднімального каната із застосуванням демпфуючих пристроїв з гумовими елементами й тарілчастими елементами з урахуванням сил тертя в опорних площинах. Визначено, що завдяки зменшенню динамічних навантажень у канаті під час перехідних процесів, строк його служби збільшується приблизно на 18 %, що дозволяє знизити витрати на ремонти установки.