REALIZACE SKLÁPĚNÍ A ŘÍZENÍ ZDVIHOVÉHO MECHANISMU JEŘÁBU DERIKOVÉHO TYPU THE REALIZATION DUMPING AND CONTROL OF THE LIFTING DEVICE OF DERRICK CRANE

Transkript

1 Ročník 9, Číso I., duben 04 REAIZACE SKÁPĚNÍ A ŘÍZENÍ ZDVIHOVÉHO MECHANISMU JEŘÁBU DERIKOVÉHO TYPU THE REAIZATION DUMPING AND CONTRO OF THE IFTING DEVICE OF DERRICK CRANE eopod Hrabovský Anotace: Předmětem výzkumu byo docíit, aby dráha břemene při změně vyožení břemene, kterou zajišťuje výožník otočně uožený na horizontáním čepu, prostřednictvím skápěcího mechanismu, bya při měnícím se vyožení přibižně vodorovná, čímž stavitené výožníky standardně nedisponují. Kíčová sova: stavitený výožník, skápěcí mechanismus, zdvihový mechanismus. Summary: The subject of research was by, arrive at distance of weight at change in weightiner, which cinching the gib, at change in weight-iner anywhere horizonta, whereby adjustabe gib standardy are not powered. The gib is pivoted in horizonta journa, by means of dumping mechanism. Key words: adjustabe gib, dumping mechanism, ifting device. ÚVOD Skápěcí ústrojí umožňuje dosáhnout změny vyožení břemene a současně souží ke skápění a vztyčování výožníků otočných jeřábů. De obecného pohedu je možno rozišovat výožníky kyvné a stavitené. U kyvného výožníku () dráha břemene zůstává v průběhu změny vyožení zcea, nebo přibižně, vodorovná a výožník bývá vyvážen. De () patí, že vyožení stavitených výožníků se mění občas a zpravida v nezatíženém stavu jeřábu. Při vztyčování bývá výožník nevyvážen a jeřábový hák (kadnice) se pohybuje směrem vzhůru ve vertikání rovině.. KYVNÝ VÝOŽNÍK V současné době je praxí využíváno někoika konstrukčních systémů měniteného vyožení kyvným výožníkem při zcea vodorovné, nebo přibižně vodorovné, dráze břemena. Pode konstrukce výožníku jsou rozišovány (): - systémy s jednoduchým výožníkem s kruhovou, nebo zváštní, dráhou kadky, - systémy s čeněným výožníkem (s vodorovnou dráhou kadky na hrotu výožníku) s tuhým táhem nebo bez tuhého táha.. Systémy s jednoduchým výožníkem Nejčastěji je výožník uožen otočně na pevném čepu, takže kadka na hrotu výožníku doc. Ing. eopod Hrabovský, Ph.D., Vysoká škoa báňská - Technická univerzita Ostrava, Fakuta strojní, Institut dopravy, 7. istopadu 5/7, Ostrava - Poruba, Te.: , E-mai: eopod.hrabovsky@vsb.cz Hrabovský: Reaizace skápění a řízení zdvihového mechanismu jeřábu derikového typu 80

2 Ročník 9, Číso I., duben 04 opisuje kruhovou dráhu. Vodorovného pohybu břemena se dosahuje vyrovnáváním rozdíů výšek hrotu výožníku zdvihovým anem tak, aby jeřábový hák, případně kadnice, zůstáva(a) při změně vyožení prakticky ve stejné výši. Nejznámější jsou dva způsoby vedení ana, kadkostrojem nebo vahačem... Vedení ana kadkostrojem Zdvihové ano je vedeno z anového bubnu kadkostrojovým systémem přes pevné kadky a kadky na hrotu výožníku k jeřábovému háku. Při vztyčování výožníku o přísušné déce se postupně zkracuje déka kadkostroje ze své původní poohy do poohy konečné, zároveň se však produžuje konec ana přibižně o rozdí výšek, takže hák zůstává prakticky ve stejné výši... Vedení ana vahačem U tohoto systému je výožník spojen táhem s vahačem, na jehož konci je vodicí kadka přes kterou je vedeno zdvíhací ano od bubnu ke kadce na hrotu výožníku. Při vztyčování výožníku se kadka na vahači pohybuje doů, čímž se déka ana vyrovnává a břemeno zůstává přibižně ve stejné výši.. Systémy s čeněným výožníkem.. Systémy s tuhým táhem Čeněný výožník s tuhým táhem je sožen ze vzpěry, táha a vahače, viz obr.. Vzpěra je otočně uožena na pevném čepu O, takže se v podstatě jedná o čtyřkoubový mechanismus s vahačem jako těhicí. Křivka, kterou opisuje při vztyčování výožníku koncový bod vahače A, je ve své spodní části přibižně vodorovná, takže mezi nejmenším a největším vyožením ze dosáhnout dostatečného přibižní k vodorovné dráze. Zdvihací ano je vedeno z anového bubnu B přes voné anové kadky v koubech A, B a C ke kadnici nebo háku, takže při změně vyožení zachovává vzhedem ke čenům táha a vahače stáe stejnou poohu. Obr. : Čeněný výožník s tuhým táhem.. Systémy bez tuhého táha U běžného systému čeněného výožníku je horní vahač vytvořen jako segment a držen anem místo tuhého táha. ano je oběma konci uchyceno na čepu a vedeno přes zakřivenou část vahače a zakesnuto smyčkou v jeho přímé části. Při změně vyožení mění vahač svou poohu vzhedem ke vzpěře, takže se ano na jeho zakřivenou část navíjí nebo odvíjí. Hrabovský: Reaizace skápění a řízení zdvihového mechanismu jeřábu derikového typu 8

3 Ročník 9, Číso I., duben 04 Zakřivená část vahače je vytvořena tak, aby pó jeho pohybu by stáe na svisici tíhy zvedaného břemene.. STAVITENÝ VÝOŽNÍK De praxí využívaných stavitených výožníků se reaizuje vyožení těchto výožníků v nezatíženém stavu jeřábu a mění se pouze v určitém časovém úseku. Výožník bývá nevyvážen a jeřábový hák se pohybuje, při vztyčování, směrem vzhůru ve vertikání rovině.. Reaizace skápění ramene jeřábu Skápění výožníků prostřednictvím kikového ústrojí () má zpravida po stranách dvě kiky, jež jsou spojeny táhy s výožníkem. Kiky jsou nasazeny etmo na hřídei a poháněny ozubenými koy od motoru. Kiky samočinně omezují krajní poohy výožníku, takže by mohy odpadnout koncové vypínače. Zpravida není používáno natočení kik až do krajních pooh, nýbrž jen asi na 40 deg až 50 deg, kdy jsou uváděny v činnost koncové vypínače. Táha ústrojí mívají pružinové tumiče pro měkký záběr a tumení rázů. Postupná rychost břemena se při změně vyožení ryche mění z nuy na maximum (asi uprostřed) a zpět na nuu. Kikové ústrojí vyhovuje v provozu, avšak jeho vekou nevýhodou jsou značnější rozměry a veká vastní hmotnost... Návrh kikového ústrojí skápění výožníku Skápění ramene výožníku jeřábu derikového typu, viz obr., prostřednictvím kikového mechanismu je navrženo pro dva mezní úhy poohy výožníku. První mezní pooha ramene výožníku při maximáním skopení je popsána úhem [deg] mezi podénou osou výožníku a vodorovnou rovinou a druhá pooha při maximáním vztyčení ramene výožníku je definována úhem [deg], viz obr. 3. Obr. : Skápění ramene výožníku kikovým mechanismem Jsou-i známy přísušné dékové rozměry a, b, vzdáenost osy otočného čepu od osy otáčení kiky c a mezní úhy skonu ramene [deg], [deg], viz obr. 3, pak je možno navrhnout kikový mechanismus skádající se s kiky (4) déky r a ojnice (5) déky. Z obr. 4 vypývají násedující geometrické závisosti, pro které by v programu Mathcad Hrabovský: Reaizace skápění a řízení zdvihového mechanismu jeřábu derikového typu 8

4 Ročník 9, Číso I., duben 04 Professiona 000 vytvořen postup výpočtu [3] pro známé dékové rozměry a úhe natočení kiky v rozmezí = 0 až 80 deg. = + c. cos c. cos cos = = cos () () Obr. 3: Skápění ramene výožníku kikovým mechanismem Úpravou vztahu () a dosazením za výraz ze vztahu () získáváme: c. cos = - = - cos r. cos r. cos cos = = cos Vzájemným porovnáním vztahu (3) a (4) získáváme: c. cos r. cos = - = cos cos (3) (4) (5) Obr. 4: Rameno jeřábu skápěné kikovým mechanismem Rovnici (5) vynásobíme výrazem cos, čímž získáváme:. cos - c. cos = r. cos (6) Hrabovský: Reaizace skápění a řízení zdvihového mechanismu jeřábu derikového typu 83

5 Ročník 9, Číso I., duben 04 De obr. 4 patí:. sin + r. sin + e = b. sin (7) Úpravou vztahu (7) získáváme: b. sin - r. sin - e = arcsin [deg] (8) Úpravou vztahu (4), dosazením za = a za výraz () získáváme: r. cos r. cos r. cos = arccos( ) = arccos = arccos [deg] c. cos - cos - Dosadíme-i do vztahu (9) za úhe výraz (8) získáváme: r. cos r. cos = arccos = arccos c. cos c. cos - - cos b. sin - r. sin - e cosarcsin Vzájemným porovnáním vztahu (8) a (0) získáváme rovnici, která má jedinou proměnnou a to [deg]: b. sin - r. sin - e r. cos arcsin = arccos c. cos - b. sin - r. sin - e cosarcsin Anaytické vztahy kinematiky kikového mechanizmu popisující dráhu čepu de obr. 5 (mechanicky svazujícího rameno a ojnici) jsou uvedeny ve vztazích () až (5). De obr. 5 patí pro déku úsečky 3 vztah (). 3 cos = 3 =. cos () (9) (0) () Obr. 5: Zdvih kikového mechanismu Hrabovský: Reaizace skápění a řízení zdvihového mechanismu jeřábu derikového typu 84

6 Ročník 9, Číso I., duben 04 Veikost úhu 3 [deg], de obr. 5, ze určit de vztahu (3) cos sin 3 = 3 = arcsin = arcsin [deg] r r r Veikost úhu 4 [deg], de obr. 5, ze určit de vztahu (4). 4 = 90-3 = [deg] (4) De Kosinovy věty ze určit déku úsečky z, což je zdvih kikového mechanismu. z = r + -. r.. cos + 4 (3) (5). Návrh zdvihacího ústrojí jeřábu Skopné rameno výožníku jeřábu déky b je skápěno (nebo vztyčováno) prostřednictvím ana, které je navíjeno na anový buben, viz obr. 6. Horizontání vzdáenost x os pevných kadek, uožených na koncích ramen, je možno určit de vztahu (6). x = b. cos + x + b. cos (6) Obr. 6: Kinematické schéma jeřábu Označíme-i rozdí vertikáních výšek bodů a jako y, viz obr. 6, pak patí: y = b. sin + y. sin (7) De obr. 6 patí, že: y b. sin + y. sin tg = = x b. cos + x + b. cos b. sin + y. sin = arctg [deg] b. cos + x + b. cos (8) Déka úsečky - je de obr. 6 označena jako, její veikost je možno určit de vztahu (9). x b. sin + y. sin cos = = cos (9) De obr. obr. 7, s využitím obr. 6, patí, že je možno horizontání a vertikání vzdáenost osy pevné kadky ramene jeřábu déky b od osy anového bubnu, popsat vztahy (0) a Hrabovský: Reaizace skápění a řízení zdvihového mechanismu jeřábu derikového typu 85

7 Ročník 9, Číso I., duben 04 (). x 4 = x 3. cos (0) y 4 = b. sin - y 3 () De obr. 8 s využitím obr. 6 patí: y 5 = y 4 - R. b sin () Obr. 7: Vzdáenost osy pevné kadky ramene jeřábu od osy anového bubnu y y y - R. sin b. sin - y - R. sin cos = = = = cos cos cos b 3 b (3) Obr. 8: Vertikání vzdáenost osy pevné kadky ramene jeřábu od místa náběhu ana na anový bubnu A) Změna úhu skonu výožníku déky b o úhe + [deg], viz obr. 9. Obr. 9: Skápění ramene výožníku o déce b Hrabovský: Reaizace skápění a řízení zdvihového mechanismu jeřábu derikového typu 86

8 Ročník 9, Číso I., duben 04 Při změně úhu skonu ramene déky b jeřábu o úhe + [deg] patí de vztahu (9) že vzdáenost mezi hroty výožníků je, viz (4). b. sin + y. sin( + ) = = cos b. sin + y. sin( + ) = (4) b. sin + y. sin( + ) cosarctg b. cos + x + b. cos( + ) Aby nedošo ke změně úhu skonu [deg] výožníku b je nutno, de obr. 9, navinout na evý anový buben déku s skápěcího ana, která se rovná: s = - (5) Je-i znám průměr R bs anového bubnu skápěcího mechanismu výožníku, pak, aby by úhe skonu [deg] výožníku b zachován, je nutno pootočit evým anovým bubnem o úhe bs [deg]: s s = R bs. bs bs = [deg] (6) R bs Aby nedošo k posunu háku, tedy změně déky 3, viz obr. 9, je nutno navinout na pravý anový buben déku z zdvihového ana, která se rovná: z = - Je-i znám průměr R bz anového bubnu zdvihového mechanismu, pak, aby nedošo k posunu háku, tedy změně déky 3, je nutno pootočit pravým anovým bubnem o úhe bz [deg]: z z = R bz. bz bz = [deg] (7) R bz B) Změně úhu skonu výožníku déky b o úhe + [deg], viz obr. 0. Obr. 0: Kinematické schéma jeřábu Při změně úhu skonu ramene déky b jeřábu o úhe + [deg] patí pro Hrabovský: Reaizace skápění a řízení zdvihového mechanismu jeřábu derikového typu 87

9 Ročník 9, Číso I., duben 04 horizontání vzdáenost x mezi hroty výožníků vztah (8), pro vertikání vzdáenost y vztah (9). x = b. cos + + x + b. cos (8) y = b. sin + + y. sin (9) De obr. 0 je možno určit úhe skonu [deg] skápěcího ana od horizontání roviny de vztahu (30). y y b. sin + + y. sin tg = = arctg = arctg (30) x x b. cos + + x + b. cos Při změně úhu skonu ramene výožníku déky b jeřábu o úhe + [deg] patí de vztahu (9) pro vzdáenost mezi hroty výožníků vztah (3). x b. cos( + ) + x + b. cos = = (3) cos cos Je-i znám průměr R bz anového bubnu zdvihového mechanismu, pak, aby nedošo k posunu háku, tedy změně déky 3, je nutno pootočit pravým anovým bubnem o úhe bz [deg]: z z = R bz. bz bz = [deg] (3) R bz kde z = - Vizuaizace, násedně reaizovaného, standu jeřábu derikového typu, vytvořený v prostředí 3D modeáře Inventor, je uvedena na obr.. Obr. : Mode standu jeřábu derikového typu Na obr. je zobrazen reaizovaný stand jeřábu derikového typu, jehož obě ramena je možno nakápět. Rameno stabiizující jeřáb je skápěno a vztyčováno prostřednictvím kikového mechanismu. Ojnice je prostřednictvím čepu svázána s příhradovou konstrukcí ramene, kiku tvoří kotouč nasazený na výstupním hřídei šnekové převodovky. Výstupní otáčky stejnosměrného motoru typového označení 8DCW (n = 3000 ot/min.) jsou sníženy cekovým převodovým poměrem dvou převodovek - paraení převodovkou typového Hrabovský: Reaizace skápění a řízení zdvihového mechanismu jeřábu derikového typu 88

10 Ročník 9, Číso I., duben 04 označení 8XD0MW (s převodovým poměrem i = 0) a šnekovou převodovku 8WD60B (s převodovým poměrem i = 60). Obr. : Reaizovaný stand jeřábu derikového typu Výožník jeřábu je skápěn a vztyčován prostřednictvím anového kadkostroje. Voný konec skápěcího ana je anovými svorkami uchycen k voné kadce na hrotu výožníku. Skápěcí ano je vedeno přes voné kadky na hrotu stabiizujícího ramene jeřábu, vonou kadku na hrotu výožníku a násedně je druhý voný konec ana navíjen na anový buben, který je osazen na hřídei šnekové převodovky 8WD50B (s převodovým poměrem i = 50). Pohon skápěcího mechanismu výožníku je reaizován obdobným eektromotorem, jež by použit u pohonu skápění ramene jeřábu. Zdroj: Obr. 3: Kompexní vývojové nástroj Mosaic (nástroj pro programování apikací systémů Tecomat) Hrabovský: Reaizace skápění a řízení zdvihového mechanismu jeřábu derikového typu 89

11 Ročník 9, Číso I., duben 04 Zdvih břemene je ovádán pomocí anového kadkostroje. Voný konec zdvihacího ana je anovými svorkami uchycen k voné kadce na hrotu výožníku. Zdvihací ano je násedně vedeno přes voné kadky kadnice, vonou kadku na hrotu výožníku (toikrát, koikrát je požadováno, aby bya tíha břemene rozožena do nosných průřezů nosného ana, tzv. anový převod) a druhý voný konec ana navíjen na anový buben, který je osazen na hřídei šnekové převodovky. Poháněcí jednotku zdvihového mechanismu tvoří shodný eektromotor i šneková převodovka jako u pohonu skápění výožníku. Řízení pohonu zdvihového mechanismu jeřábu s ohedem na změnu poohy vyožení ramene i výožníku u jeřábu derikového typu je zprostředkováno pomocí programovateného automatu PC Tecomat Foxtrot CP-06, pro který by vytvořen v kompexním vývojovém nástroji Mosaic (nástroj pro programování apikací systémů Tecomat), speciání ovádací software, tj. program viz obr. 3, pro řízení pohonu zdvihu břemene v závisosti na úhu nakonění ramene i výožníku jeřábu. Řízení pohonu zdvihu břemene umožňuje dosáhnout, aby jeřábový hák, instaovaný v kadnici, dosahova stáe stejné vertikání vzdáenosti od požadované horizontání roviny při vztyčování nebo spouštění výožníku i změně úhu nakonění ramene jeřábu. ZÁVĚR Příspěvek se zabývá teoretickými předpokady, které vyúsťují v návrh řízení pohonu zdvihového mechanismu jeřábu s ohedem na změnu poohy vyožení ramene výožníku u jeřábu derikového typu. Účeem výzkumu byo docíit, aby dráha břemene při změně vyožení břemene, kterou zajišťuje výožník otočně uožený na horizontáním čepu, prostřednictvím skápěcího mechanismu, bya při měnícím se vyožení přibižně vodorovná, čímž stavitené výožníky standardně nedisponují. Vyožení se u nich mění občas, při změně pracovních podmínek a většinou při nezatíženém jeřábu. Výožník bývá nevyvážen a při jeho vztyčování se nezbytně hák zdvíhá do výše. POUŽITÁ ITERATURA () REMTA, F.; KUPKA,. Jeřáby II. dí. SNT 958, 389 str. () DRAŽAN, F., KUPKA,.: Jeřáby. Technický průvodce 3. SNT 968, 66 str. (3) HRABOVSKÝ,. Návrh skápěcího a zdvihového mechanismu jeřábu derikového typu. Horní Bečva: Vysoká škoa báňská - Technická univerzita Ostrava, 03. ISBN Hrabovský: Reaizace skápění a řízení zdvihového mechanismu jeřábu derikového typu 90