Система безопасности кранов с учётом частотного состава ветровой нагрузки

Мишин А.В., Хряков К.С., Сорокин П.А. Московский государственный университет путей сообщения.

Разработка системы безопасности башенных кранов, учитывающая частотный состав ветрового нагружения.
Основным фактором, определяющим безопасность строительных башенных кранов, является сохранение устойчивости их положения при динамическом ветровом воздействии. Влияние действующей ветровой нагрузки на грузоподъемные краны необходимо учитывать согласно. Ветровая нагрузка является преимущественным воздействием, нагружающим металлоконструкцию башенных кранов, вследствие преобладания ветровой нагрузки над статическими нагрузками и поэтому конструкции башенных кранов особо чувствительны к ветровому воздействию.

Ветровая нагрузка, с точки зрения физики, представляет собой случайный колебательный процесс, амплитудно-частотные характеристики которого, являются недетерминированными величинами. Воздействие ветра на металлоконструкцию башенного крана состоит из статической составляющей (математическое ожидание случайного процесса) и динамической составляющей (дисперсия или среднеквадратическое отклонение случайного процесса).

Из-за порывистого характера ветра металлоконструкция крана совершает колебания по собственным формам с соответствующими собственными частотами. Поэтому для оценки динамического воздействия ветра на металлоконструкцию башенного крана с целью исключения резонанса, необходимо определить собственные частоты колебаний крана и вынужденные частоты ветровой нагрузки.
Результатом применения предлагаемого способа будет являться повышение пассивной безопасности эксплуатации стреловых башенных кранов в условиях воздействия изменяющейся во времени, пульсирующей ветровой нагрузки за счёт спектрального анализа ветрового воздействия и модального анализа металлоконструкции башенных кранов.

Сущность предлагаемого метода основывается на обеспечении устойчивости строительных башенных кранов от опрокидывания под воздействием пульсирующего воздействия ветровой нагрузки на основе частотного анализа ветрового воздействия путем сравнения частот указанного воздействия с частотами собственных колебаний металлоконструкции башенного крана и выдачи команды управления на привод изменения вылета крюковой подвески с целью изменения жесткости металлоконструкции крана. На рисунке представлена принципиальная схема предлагаемого устройства, которое реализует предлагаемый способ.

Структурная схема системы безопасности.

Программируемый контроллер логического типа (1), создающий команды управления устройством, монтируется в шкафу управления краном; панель оператора (2), устанавливается в кабине управления крана и предназначена для настройки и диагностики системы, текущего мониторинга, сбора и архивации контролируемых параметров; анализатор спектра в реальном времени (3) необходим для получения оценок спектров воздействий и расположен в шкафу управления; система сбора данных (4), служащая для передачи регистрируемых параметров (скорость ветра и ускорение сейсмического воздействия) в анализатор спектра, установлена в шкафу управления; датчик скорости (5) ветра установлен на наивысшей отметке крана; исполнительные устройства (6) - контакторы схемы и катушки реле, элементы систем световой и звуковой сигнализаций - устанавиваются в щитке управления; система привода изменения вылета стрелы крана(7) с векторным управлением и действущей обратной связью по параметру скорости установлен, в зависимости от конструкции крана, либо на поворотной платформе, либо на стреле.

Перед началом эксплуатации башенного крана в память программируемого логического контроллера закладывают значения собственных частот колебаний металлоконструкции башенного крана, полученные предварительно из модального анализа. Оценка спектрального состава ветрового воздействия на металлоконструкцию крана производится с помощью специального анализатора спектра, отражающего данные в реальном времени на основе регистрируемых значений датчика скорости ветра. В штатном режиме при отсутствии в спектре нагружения, определенным анализатором спектра, опасных частот на панели оператора (2) выводится информация о нормальном (штатном) режиме работы. При приближении одной из частот собственных колебаний к одной из частот ветрового воздействия из полосы резонанса, характеризующей диапазон частот с амплитудами, обладающими значительными энергиями, происходит регистрация факта наступления события аварийной ситуации . Эта информация поступает на карту памяти контроллера и одновременно происходит резервное копирование на карту памяти, располагающейся в панели оператора (2). На следующим этапе индикация выводится на панель оператора (2), включается сирена, и контроллер на основе алгоритма формирует сигнал управления для приведения в действие фиксирующих захватов (для моделей передвижных башенных кранов), а также сигнал, поступающий на привод изменения вылета (7), для изменения жесткости металлоконструкции, в результате изменяя собственные частоты колебаний металлоконструкции башенного крана.

Предлагаемый способ и методика и позволят повысить безопасность эксплуатации строительных башенных кранов за счет исключения опрокидывания и разрушения кранов при наличии опасных частот в спектре нагружения на основе частотного анализа ветрового воздействия.