Вплив нестаціонарних процесів у привідних системах на динаміку щоглових конструкцій підіймальних пристроїв

Abstract

Дисертація присвячена зменшенню динамічних навантажень і забезпеченню динамічної стійкості щоглових конструкцій підіймальних пристроїв під час нестаціонарних режимів роботи привідних систем. У роботі побудовані математичні моделі і проведені дослідження вільних і вимушених коливань та динамічної стійкості щоглової металоконструкції підіймального пристрою із застосуванням технічної теорії згину та теорії балок С. Тимошенка, матричного методу початкових параметрів та з урахуванням впливу нестаціонарних процесів у привідних системах на динамічні явища у щоглі. Динамічні навантаження на щоглу визначені з урахуванням взаємозв'язку електромагнітних явищ в асинхронному двигуні, динамічних властивостей гальмівних пристроїв і механічних коливальних явищ, а також несталості пружно-інерційних характеристик елементів пристрою.The dissertation is dedicated to reduce the dynamic loads and to ensure the dynamic stability of the mast constructions of the lifting devices during the nonstatio-nary processes in the drive systems. In this paper was built the mathematical models and was conducted the researches of free and forced vibrations and dynamic stability of the mast construction of the building lifting device by applying the technical theory of bending and the theory of S. Tymoshenko beam, the matrix method of initial parameters and with taking into account the influence of nonstationary processes in the drive systems on the dynamic phenomena in the mast structures. The dynamic load on the mast was defined with taking into account the relationship of the electromagnetic phenomena in the induction motor, braking device dynamic properties and the mechanical vibrations phenomena, and inconstancy of elastic-inertial characteristics of device elements. В работе проведены исследования свободных и вынужденных колебаний и динамической устойчивости металлоконструкции мачты с учетом действия нестационарных динамических нагрузок со стороны приводной системы подъемного устройства. Разработаны математические модели и алгоритмы расчетов нестационарных процессов в приводных системах строительных подъемных устройств со стационарно установленным приводом и с приводом, смонтированным в каретке, с учетом динамических свойств асинхронного двигателя и механических характеристик колодочных тормозов, а также непостоянства упруго-инерционных параметров элементов устройств. Математическая модель переходных процессов подъемного устройства содержит дифференциальные уравнения движения элементов приводной системы и нелинейные дифференциальные уравнения электромагнитного состояния асинхронного двигателя. Расчеты переходных и установившихся режимов работы подъемного устройства выполнены путем числовой реализации математической модели методом Рунге-Кутта. Математическая модель позволяет рассчитывать процессы пуска, установившегося движения и торможения как для движения нагруженной каретки вверх, так и для ее движения вниз. Определено влияние эксплуатационных и конструктивных параметров подъемных устройств на динамические нагрузки мачты и на усилия в звеньях приводных механизмов. Проведен сравнительный анализ динамических явлений в подъемных системах с различными схемами размещения привода. С использованием полученных временных зависимостей усилий в упругих звеньях осуществлена оценка влияния нестационарных динамических нагрузок на долговечность элементов подъемной системы. Для определения максимальных напряжений растяжения, возникающих в материалах исследуемых деталей, применен метод конечных элементов. Для определения остаточного ресурса деталей использована модель скорости роста трещины, учитывающая наличие зон пластического деформирования в окрестности вершины трещины. Для разработки математических моделей и алгоритмов анализа свободных и вынужденных колебаний многопролетных мачтовых металлоконструкций применены теория балок С. Тимошенко, уточненная методика определения коэффициентов жесткости опорных узлов, учтены положение каретки с грузом и особенности нестационарных режимов работы приводных систем. В связи с тем, что конструкция может иметь большое число узлов, алгоритм расчета разработан на основе матричного метода начальных параметров. Проведены исследования влияния параметров механической системы мачты на характеристики свободных и вынужденных колебаний несущей конструкции и проведена оценка динамической устойчивости мачты. Сравнительный анализ теоретических и экспериментальных результатов исследований влияния нестационарных процессов в приводной системе на динамические нагрузки мачты, а также модального анализа конструкции мачты строительного подъемного устройства подтвердил адекватность построенных математических моделей. Рассмотрены, в частности, математические модели изгибных колебаний высотных металлоконструкций, построенные с использованием технической теории изгиба и теории балок С. Тимошенко, а также компьютерная модель мачты, построенная с использованием метода конечных элементов. Экспериментальные исследования колебаний высотной металлоконструкции проведены на реальном подъемном устройстве с применением метода акселерометрии. На основе результатов анализа динамических явлений в строительных подъемных устройствах предложены новые технические решения, даны практические рекомендации по расчету и конструированию строительных подъемных устройств.