Возможности исследовательской лаборатории
тензометрических испытаний грейферов и кранов на базе универсального контейнера
типа 1сс
А.М. Ясиновский
Грейферные
краны и перегружатели до настоящего времени остаются основным средством
перевалки сыпучих грузов в промышленности, сельском хозяйстве, речных и морских
портах. Сегодня доказательно прогнозируется резкое увеличение перевозок
навалочно-насыпных грузов. Обязательным условием высокопроизводительной работы
подобного оборудования является оснащение его грейферами, точно
соответствующими своему назначению. Грузоподъемное оборудование,
укомплектованное такими грейферами, резко выигрывает в покупательном спросе.
Украина
занимала и сейчас сохраняет за собой ведущее место в развитии грейферостроения.
Ученые Украины были инициаторами разработки стандартов для канатных грейферов
[1, 2]. На водном транспорте, где грейферы подвержены жесточайшим разрушающим воздействиям, эта
проблема давно получила должную оценку [3, 4]. Потребность в увеличении емкости
грейферов с лучшим соотношением между массой конструкции и зачерпываемого
материала без ущерба для надежности повышает значимость таких факторов как
прочность и жесткость. С учетом тяжелейших условий эксплуатации грейферов
разработано новое направление в проектировании конструкций на основе теории
напряженного состояния и методов расчета на прочность [5-8].
Непрерывное
совершенствование конструкций, развитие теории расчетов было немыслимо без создания
и постоянного совершенствования методов натурных испытаний, которые являлись
неотъемлемым элементом общей системы проектирования, изготовления и
эксплуатации грейферов. Работниками Одесского института Инженеров морского
флота (ОИИМФ, ныне ОГМУ) было исследовано напряженное состояние
металлоконструкции канатных грейферов, включая сложные конструкции челюстей,
работающие в толще груза при значительных нагрузках и сопротивлениях.
Фактически была разработана первая типовая комплексная методика натурных тензометрических
испытаний грейферов в производственных условиях порта, позволившая осуществить
непрерывную синхронную запись усилий, напряжений на осциллограммах и
перемещений элементов грейфера на киноленте в различных условиях эксплуатации.
Был решен вопрос и разработан способ предохранения датчиков на челюстях,
работающих в толще грузовой среды, практически без усиления их
металлоконструкции. В то время НИРовские работы не регистрировались, но по
представлению тогдашнего Министерства Морского Флота СССР эта научная
разработка была отмечена как первая в исследованиях подобного рода на канатных
грейферах [9]. Созданная нами для этого лаборатория была мобильна и
смонтирована на грузовом автомобиле (рис.1).
Рис. 1
Описание
предложенного нами оборудования, измерительной и усилительной аппаратуры,
программы, методики, вариантов и планов проведения экспериментов изложено в
[10-13].
Дальнейшее
развитие и совершенствование этой экспериментальной базы в 80 и 90-е годы пошло
по пути создания ОИИМФом в Ильичевском морском порту новой лаборатории
тензометрических натурных испытаний металлоконструкции грейферов и кранов,
оборудование которой было смонтировано в универсальном контейнере типа 1СС,
мобильность которому в порту придавали те или иные перегрузочные средства
(рис.2, 3).
Рис. 2.
Рис. 3.
Это обеспечило возможность выбора наиболее
предпочтительного места расположения лаборатории по отношению к системе кран -
грейфер, создало дополнительные гарантии для безопасности персонала при
проведении экспериментов и защиты сложного комплекса измерительной аппаратуры.
Контейнерный вариант позволил производить быструю переориентацию испытательных
серий, положений грейфера на штабелях различных конфигураций и грузов. Здесь
эксперимент сделался объектом самостоятельного исследования, строгого
планирования и постоянного совершенствования для решения различных научных и
прикладных задач. Описание приборов, измерительной и усилительной аппаратуры,
ее синхронизация, схемы подключения, программы, методики испытаний в условиях
порта нашли отражение в работах [8, 14-16].
Объектами
испытаний являлись двух- и четырех канатные грейферы общего назначения для
навалочно-насыпных грузов: длиннозвеньевые (штанговые) с вертикальным полиспастом,
клещевые (ножничные) с горизонтальным полиспастом и гибкими тягами,
подгребающие (штивующие), изготовленные на предприятиях водного транспорта,
преимущественно для кранов и перегружателей грузоподъемностью 10 и 16 тонн и
предназначенные для тяжелых условий эксплуатации портов. Они испытывались на
различных марках углей, руд, строительных материалов и других грузах. Челюсти
таких грейферов - это статически неопределимые пространственные конструкции
переменной жесткости, усиленные ребрами и поперечными поясами, конструктивно
представляющие собой коробку, образованную днищем и боковинами с различными
усилениеми (система «жесткая челюсть»), либо боковыми кронштейнами почти
плоской формы без усиления, что характерно для системы «упругоподатливая
челюсть».
Главной
целью экспериментальных исследований было получение данных о напряженно-
деформированном состоянии конструкций, исследование характера распределения
напряжений в элементах упругой системы, определение массы зачерпываемого груза
и фактических нагрузок при различных условиях эксплуатации, чтобы доказать
приемлемость различных методов расчета на прочность, определение на базе
большого количества опытов ряда коэффициентов для практики конструирования
грейферов. Для этих целей одновременно с деформациями синхронно фиксировались
нагрузки, а также положения грейфера, так как характер движения челюсти
функционально связан с углом наклона грузовой поверхности (штабеля) по
отношению к грейферу. В эксплуатационных условиях при складировании груза в
портах штабелями, выгрузки его из стесненных условий трюма из-за крена,
дифферента судна, неравномерной его выработки грейферами зачерпывание
происходит с наклонной поверхности при различных вариантах ее наклона по
отношению к грейферу, ось его симметрии отклоняется от вертикали. Это вызывает
перераспределение нагрузок в элементах металлоконструкции грейфера, приводящее
к перекосу упругой системы. До этих испытаний при расчетах сопротивлений
внедрению челюстей в груз фактор наклона грейфера в различных плоскостях не нашел
отражения.
В
качестве датчика положения грейфера относительно горизонта использован
гироскоп, как наиболее точная и неинерционная система. Гироскоп смонтирован в
авиагоризонте АГБ-3к промышленного производства. Прибор виброустойчив при
вертикально воздействующей вибрации в диапазоне частот от 1 до 350 Гц и
выдерживает воздействие четырехкратной ударной перегрузки в количестве 10000
ударов при частоте 60-100 ударов в минуту. Это
гарантирует надежную работу прибора при ударных воздействиях. Для
уменьшения прецессии гироскопа во времени в авиагоризонте имеется
корректирующая систма, выполненная на основе электролитического маятника.
Система хорошо работает при ускорениях меньше 0.3 град/с. При появлении
ускорения больше приведенного значения, для отключения системы маятниковой
коррекции, введен выключатель коррекции ВК-53ОШ. В этом случае вертикаль
выдерживается гироскопом.
Авиагоризонт
АГБ-3к и выключатель коррекции устанавливались на нижней траверсе таким
образом, чтобы наклоны грейфера в плоскости вращения челюстей фиксировались
изменением углов дифферента, а в перпендикулярной плоскости - изменением углов
крена. Оба прибора соединяются двенадцатижильным гибким кабелем с преобразователем питания и
преобразователем сигналов, установленные в лаборатории - контейнере, мобильном
по отношению к грейферу и крану. Запись
углов наклона грейфера относительно истинного горизонта в двух плоскостях
производилась синхронно с регистрацией усилий и напряжений в металлоконструкции
грейфера на осциллограф. На карданной раме гироскопа установлено два
сельсин-датчика, преобразующие угловые отклонения в электрические сигналы, для
записи которых в осциллографе была применена специальная схема.
Особый
интерес представляет новый принцип тарировки датчиков, позволяющий снизить
трудоемкость тарировочных работ и повысить точность замеров. Компенсационные
датчики для определения деформаций располагались на балке равного
сопротивления, жестко закрепленной на нижней траверсе штангового грейфера или в
верхней части челюсти подгребающего. Компенсационные и рабочие датчики
соединены в мостовую схему. Тарировка датчиков производилась мерным грузом по
балке равного сопротивления. Датчики балки выполняют при тарировке роль
рабочих, а датчики, наклеенные на металлоконструкцию грейфера - являются
компенсационными.
В летнее жаркое время при проведении
испытаний в контейнере 1СС резко повышалась температура и в этом случае он
уступал деревянному кожуху лаборатории на грузовом автомобиле.
Эти
неудобства могут быть легко устранены при использовании для тензометрических
лабораторий новых сертифицированных контейнеров с различными системами
вентиляции и вариантами раскрытия дверей, выпуск которых налажен на Ильичевском
судоремонтном заводе.
Литература
Одеса, изд ОДМУ. 1995. С.
53 .