Правила приведения внешних нагрузок

В крановых механизмах внешними нагрузками являются статические сопротивления движению (вес груза, трение в ходовых и опорно-поворотных частях, ветровая нагрузка, составляющая веса при движении по уклону и т. д., и т. п.) и нагрузки привода (пусковые, тормозные, стопорные и др.). Способы определения этих нагрузок излагаются в общих курсах по грузоподъемным машинам.

В первом приближении внешние нагрузки можно считать постоянными. При более точных исследованиях для переменных внешних нагрузок может быть применена та или иная аппроксимация.

В схемах поступательного движения нагрузки выражаются силами, в схемах вращательного движения — крутящими моментами. Приведение нагрузок с одного вала на другой в механизмах с зубчатыми передачами или с одного рычага на другой в механизмах с рычажными передачами выполняется с помощью передаточного числа соответствующей передачи. В крановых механизмах, как известно, применяются понизительные передачи, и под передаточным числом зубчатой передачи подразумевается отношение скоростей вращения быстроходного и тихоходного валов.

Потери на трение в передачах учитываются с помощью коэффициентов полезного действия. Величину к. п. д. механизма и при разгоне, я при торможении можно считать одинаковой. Исключением может быть только к. п. д. такого механизма, в кинематической схеме которого есть червячная или винтовая передача.

Уменьшение степени загрузки α, особенно характерное для механизмов подъема, сопровождается уменьшением величины к. п. д.

Учет потерь в передачах с помощью к. п. д. при приведении должен соответствовать направлению силового потока в механизме и поэтому осуществляется при разгонах и торможениях по-разному. При силовом режиме (разгон, стопорение рабочего органа, свободный выбег и др.) в формулах приведения к. п. д. ставится в одной строчке с п. ч. передачи (или в числителе при приведении крутящего момента с быстроходного к тихоходному валу, или в знаменателе при приведении крутящего момента с тихоходного к быстроходному валу). При тормозных режимах за счет воздействия тормозного момента на быстроходный вал фор­мулы приведения должны содержать п. ч. и к. п. д. в разных строчках.

При правильном выборе параметров автоматизированной схемы электрооборудования для асинхронного и шунтового привода между числом ступеней переключений z, относительным скольжением и кратностями перегрузки и существует следующее функциональное соотношение:

,

где — скорость идеального холостого хода (синхронная скорость);

— номинальная скорость движения.

Окончательная корректировка параметров схемы электрооборудования должна учитывать величину кратности переключения .

ИНЕРЦИОННЫЕ ПАРАМЕТРЫ

Параметрами, характеризующими инерционные свойства движущихся частей механизмов, являются массы при поступательном движении или моменты инерции (маховые моменты) при вращательном движении.

Ориентировочные значения маховых моментов часто встречающихся узлов крановых механизмов можно рассчитывать в соответствии с табл. 6. Преобразование инерционного параметра поступательного движения (массы) в инерционный параметр вращательного движения (момент инерции или маховой момент) и наоборот производится с помощью квадрата радиуса рабочего органа (барабана, ходового колеса и др.). Приведение момента инерции или махового момента с одного вала на другой производится с помощью квадрата п. ч.

Величина приведенного момента инерции используется в динамических расчетах для определения крутящего момента, а эффект его действия должен учитывать потери в передачах, поэтому при определении величины приведенного инерционного параметра также надо учитывать потери в передачах с помощью к. п. д., при этом способ учета потерь также должен зависеть от направления силового потока в механизме. При силовом режиме в формулах приведения к. п. д. ставится в одной строчке с квадратом п. ч. передачи (или в числителе при приведении момента инерции с быстроходного к тихоходному валу, или в знаменателе при приведении с тихоходного к быстроходному валу). При тормозных режимах формулы приведения моментов инерции (маховых моментов) должны содержать квадрат п. ч. и к. п. д. в разных строчках.

Принято следующее обозначение момента инерции медленно поворачивающихся частей относительно оси поворота:

,

где Q, G и G_пр — веса груза, поворотной части крана и противовеса;

a, b и с — расстояния от центров тяжести груза, поворотной части крана и противовеса до оси поворота.

Приведение этого момента инерции к первому валу осуществляется с помощью квадрата п. ч. и к. п. д. в зависимости от направления силового потока. Если приведение делается при разгоне, то к. п. д. стоит в знаменателе (рядом с квадратом п. ч.), при торможении — в числителе.

При определении маховых моментов или моментов инерции вращающихся частей в обычных крановых механизмах характеризуется коэффициентом приведения вращающихся частей к первому валу при разгоне:

,

и при торможении:

,

где J₁, J₂, …, J_n — моменты инерции соответственно первого, вто­рого, ..., n-го вала;

— п. ч. и к. п. д. соответствующих передач.

В различных пособиях по теории колебаний и динамике машин формулы приведения инерционных параметров не содержат учета потерь, так как получены на базе энергетических соотношений и используют величину реализованной кинетической энергии. Приведенный инерционный параметр, полученный таким образом, более логично было бы использовать для характеристики реализованной кинетической энергии системы, а не для оценки силовых, воздействий. Для устранения этого несоответствия необходимо при определении приведенного инерционного параметра по энергетическому методу вводить в энергетический баланс потери на преодоление сопротивлений, учитывая при этом, что в силовых режимах приводу необходимо преодолевать эти потери, а в тормозном режиме они способствуют поглощению накопленной ранее кинетической энергии.

Моменты инерции масс тел вращения

Наименование тел вращения	Эскизы	Формула для определения момента инерции массы в	Наименование тел вращения	Эскизы	Формула для определения момента инерции массы в
Цилиндр сплошной			Барабаны
Цилиндр пустотелый			Стержни различным образом расположен- ные относительно оси вращения
Шкивы, блоки, зубчатые колеса
Муфты всех конструкций
Размеры D, d, R и r даны в метрах, G — вес вращающейся детали в килограм­мах.

Если бы инерционные параметры приводились в идеальном механизме, где нет вредных потерь, или в таком механизме, где они незначительны, то тогда к, п. д. можно было бы не вводить в формулы приведения. Крановые механизмы нельзя относить к идеальным механизмам, здесь вредные потери достаточно велики (особенно в механизмах с большими передаточными числами). Поэтому исключение к. п. д. из формул приведения может дать большие погрешности уже в самом начале динамического расчета.

В целях экономии времени при проведении динамических расчетов желательно, чтобы заводы-изготовители зубчатых редукторов и других узлов вращательного движения в каталогах или паспортных данных указывали маховые моменты вращающихся частей, как это сейчас делается для электродвигателей, моторных полумуфт и тормозных шкивов.