RU157045U1 - Лебёдка для подъёма плавающих грузов - Google Patents

Abstract

1. Лебёдка для подъёма плавающих грузов, включающая барабан с ребордами и цапфами, опирающийся на стойки лебёдки, грузовой канат, один из концов которого закреплён на барабане, а второй с грузозахватным устройством плавающего груза, а также гидромотор переменной производительности, вращающий барабан, управляемый гидрораспределительной арматурой, отличающаяся тем, что на стойках лебёдки установлены считывающие магнитоэлектрические устройства по типу датчиков магнитного поля, генерирующие выходной сигнал при их взаимодействии с одним из выступающих стальных элементов, выполненных на наружной поверхности одной из торцевых реборд барабана, совершающего колебательные вращения под действием предварительно натянутого грузового каната и плавающего груза на волнении, при этом выходной сигнал с магнитоэлектрических устройств поступает на гидрораспределительную арматуру, управляющую гидромотором переменной производительности, переводя его из периодического насосного режима при колебательных вращениях вместе с барабаном в режим подъёма плавающего груза с максимальной скоростью в момент нахождения последнего на гребне волны.2. Лебёдка по п.1, отличающаяся тем, что выступающие стальные элементы на наружной стороне реборды расположены с шагом, пропорциональным высоте волны, при которой разрешён подъём плавающего груза.

Description

Полезная модель относится к области судостроения, в частности, к судовым грузоподъемным устройствам, поднимающим плавающий груз с поверхности моря на волнении.

Процесс подъема плавающего груза с поверхности моря на волнении связан с целым рядом случайных процессов, таких как:

- скорость ветра и параметры двухмерной волны в акватории, имеющей среднестатистическое значение высоты и частоты (см. например шкалу Бофорта для определения балльности волн);

- параметры колебаний ЦТ (центра тяжести) плавающего груза, зависящие от его размеров, водоизмещения и массы, включая присоединенные массы воды;

- параметры колебания ЦТ (центра тяжести) судна с подъемным устройством, а также колебательными характеристиками в виде податливости грузонесущей связи, т.е. вытравленной длины грузового каната и упругой консольной части стрелы.

Для практического применения вся перечисленная совокупность случайных факторов учитывается коэффициентом динамичности:

K_Д=S_дин/Q=(1.15…6.0), где

S_дин - динамическое усилие в грузовом канате;

Q - расчетная масса поднимаемого груза.

По мере нарастания балльности волнения, динамическая составляющая от волн, воздействующих на плавающий груз, увеличивается, и для его сохранности груза необходимо произвести его подъем с максимально возможной скоростью, снижая при этом грузоподъемность поднимающего устройства.

Существует множество рекомендаций по рациональному использованию грузоподъемности устройств для подъема или перегрузки грузов на волнении (см., например, Горшков Н.А. и др. «Передача грузов в море». Справочник. 1974), по снижению динамических составляющих, т.е. уменьшению показателя коэффициентом динамичности K_Д. В частности, имеются рекомендации по ограничению использования судовых грузоподъемных устройств на волнении определенной балльности, оснащению этих устройств узлами слежения и/или ограничению нагрузки см., например, Сборник нормативно-методических материалов. Рекомендации для проектирования и эксплуатации судовых кранов в условиях волнения. Регистр СССР, кн. 2. 1989).

Известно крановое устройство с гидравлическим механизмом слежения вращательного типа (см., например, Андреев Л.Н. и др. «Средства передачи грузов на судах в море», 1979), предназначенное для передачи груза в море на волнении. В указанном устройстве для слежения за перемещениями палубы отдающего судна относительно палубы принимающего судна, качающегося на волнах, используют трос-проводник, конец которого закрепляют на палубе принимающего судна, преобразуя его вертикальное перемещение в колебательное вращение следящего барабана на грузоподъемном устройстве отдающего судна. Колебательные движения следящего барабана через дифференциальный редуктор накладываются на вращение основного барабана грузовой лебедки, что позволяет отследить взаимные перемещения обоих качающихся судов и произвести безударную перегрузочную операцию, с коэффициентом динамичности K_д близким к 1,0. К недостаткам такого технического решения можно отнести: наличие двухконтурной схемы подвода энергии для приводов следящего барабана и основной грузовой лебедки, а также то, что использование кинематически сложного дифференциального редуктора образует жесткую взаимосвязь между следящим устройством и основной лебедкой, выполняющей грузовую операцию. Наличие же такой жесткой обратной связи, особенно при выполнении грузовых операций в условиях изменяющихся судовых зон обслуживания, сделало нецелесообразным его использование в устройствах грузоподъемностью свыше 3-5 т.

Грузовые операции с плавающим грузом по своей сути идентичны передачи грузов на море при волнении и наиболее универсальным средством для их выполнения остаются грузовые лебедки палубных кранов (см., например, Горшков Н.А. и др. «Передача грузов в море». Справочник. 1974). Динамические воздействия на плавающий груз при волнении определяется высотой регулярной волны, доходящей до 2,4-3,7 м, в зависимости от балльности. Практически по условиям безопасности проведения подъемных работ допустимая высота волн ограничивается 1,5 м, что соответствует 3 баллам по условной шкале Бофорта.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному техническому решению является судовое грузовое устройство для безударной передачи грузов в море (см., например, а.с. СССР 933541), включающее лебедку, связанную грузовым канатом с предназначенным для подъема грузом, и следящую лебедку с трос-проводником, свободный конец которого также закреплен на грузе, для отслеживания его вертикальных колебаний. Приводы обеих лебедок гидравлически связаны и снабжены гидромоторами, управляющими гидрораспределителями и другой общеизвестной гидроаппаратурой контроля и защиты, необходимой для нормального функционирования гидросистемы. Гидромотор привода следящей лебедки выбирает слабину трос-проводника, когда груз под действием волны перемещается вверх; в момент перехода гребня волны груз начинает свое перемещение вниз, при этом трос-проводник своим усилием преодолевает крутящий момент на валу своего приводного гидромотора, заставляет его вал вращаться в другую сторону, переводя гидромотор в режим насоса. Усилие натяжения трос-проводника при его травлении и выборке, определяется производительностью гидромотора и колеблется в пределах 100-500 кг, что существенно меньше усилий в грузовом канате. Избыточное давление в гидросистеме, возникающее при переходе гидромотора в насосный режим, с помощью гидрораспределителей подается на гидроцилиндры изменения вылета стрелы, при этом вертикальные перемещения нока стрелы со шкивами грузового каната лебедки векторно складываются с движением груза на волне до момента его полного отрыва с качающейся поверхности. К недостаткам такого технического решения можно отнести:

сложность структурного построения устройства, связанного с использованием следящей лебедки с трос-проводником, многоконтурность гидросистемы с увеличенной протяженностью соединительных трубопроводов, наличие функционально дублирующих гидравлических аппаратов и устройств, а также сложную объемную компоновку устройства с увеличенными массогабаритными характеристиками.

Задачей заявляемого технического решения является создание лебедки с гидроприводом для подъема плавающего груза с поверхности моря на волнении до 3-х баллов (высота регулярной волны ~ 1,5 м) и максимальным использованием заложенной грузоподъемности с сохранением эксплуатационной прочности груза, и при этом, чтобы лебедка обладала возможно минимальными габаритными размерами.

Технический результат данной полезной модели заключается в возможности использования грузового каната заявляемой лебедки для слежения за плавающим грузом, что позволяет осуществлять начало подъема плавающего груза с поверхности моря в момент его нахождения на гребне волны.

Указанный технический результат достигают тем, что в лебедке для подъема плавающих грузов, включающей барабан с ребордами и цапфами, опирающийся на стойки лебедки, грузовой канат, один из концов которого закреплен на барабане, а второй с грузозахватным устройством плавающего груза, а также гидромотор переменной производительности, передающий через редуктор вращающий момент барабану, управляемый гидрораспределительной арматурой, на стойках установлены считывающие магнитоэлектрические устройства по типу датчиков магнитного поля, генерирующие выходной сигнал при их взаимодействии с одним из выступающих стальных элементов, выполненных на наружной поверхности одной из торцевых реборд барабана, совершающего колебательные вращения под действием предварительно натянутого грузового каната и плавающего груза на волнении, при этом выходной сигнал с магнитоэлектрических устройств поступает на гидрораспределительную арматуру, управляющую гидромотором переменной производительности, переводя его из периодического насосного режима при колебательных вращениях вместе с барабаном в режим подъема плавающего груза с максимальной скоростью в момент нахождения последнего на гребне волны. Кроме того, при этом выступающие стальные элементы на наружной стороне реборды могут быть расположены с шагом пропорциональным высоте волны, при которой разрешен подъем плавающего груза.

Благодаря наличию приведенных существенных признаков упростилась структура устройства, за счет исключения следящей лебедки с трос-проводником, приводным гидромотором, питающим гидроконтуром, и управляющей гидроаппаратурой следящей лебедки, кроме того для слежения за плавающим грузом появилась возможность использовать основной грузовой канат основной лебедки с предварительным натяжением приводным гидромотором переменной производительности, а также использовать для считывания информации о положении груза на волне выступающих стальных элементов, расположенных на торце одной из реборд барабана, совершающего угловые колебания с шагом пропорциональным высоте волны, и стационарных малогабаритных магнитоэлектрических датчиков на стойке лебедки, что позволило использовать данные о текущем положении груза при его движении по профилю волны, позволяющие начало подъема груза осуществить в момент его нахождения на гребне волны.

Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий состав заявляемой лебедки, на фиг. 2 - вид по стрелке А, на фиг. 3 - схема процесса поэтапного подъема плавающего груза на волнении.

Заявленная лебедка 1 состоит из барабана 2 с торцевыми ребордами 3 и цапфами 4, опертым на стойки 5 через подшипники 6, грузовой канат 7, один из концов 8 которого закреплен на барабане 2, а второй с грузозахватным устройством 9 плавающего груза 10, а также редуктора 11, передающим вращающий момент на барабан 2 от гидромотора 12 переменной производительности. Наружная поверхность одной из торцевых реборд 3 барабана 2 снабжена стальными выступающими элементами 13, установленными с шагом, пропорциональным высоте волны, безопасно воздействующей на плавающий груз 10 по условиям его эксплуатационной прочности, а на ближайшей к этой реборде 3 стойки 5 лебедки 1 установлены считывающие магнитоэлектрические устройства 14 по типу датчиков магнитного поля, выходной сигнал с которых, генерирующийся при взаимодействии с ними выступающих стальных элементов 13 на торцевой реборде 3 барабана 2, совершающего угловые перемещения под действием волн на плавающий груз 10 и переданные ему предварительно натянутым грузовым канатом 7, поступает на гидрораспределительную арматуру 15, управляющую гидромотором 12 переменной производительности, разрешая включение на подъем плавающего груза 10 при нахождении последнего на гребне волны.

В процессе подъема груза 10 заявленная лебедка 1 работает в следующей последовательности, при этом процесс условно разбит на этапы: на первом этапе лебедка 1 для подъема плавающего груза 10, включающая барабан 2 с торцевыми ребордами 3 и цапфами 4, опертым на стойки 5 через подшипники 6, грузовой канат 7, один из концов 8 которого закреплен на барабане 2, а второй с грузозахватным устройством 9 плавающего груза 10, а также редуктор 11, передающий вращающий момент на барабан 2 от гидромотора 12 переменной производительности, управляется гидрораспределительной арматурой 15. Грузозахватное устройство 9 располагают над плавающим грузом 10, гидрораспределительной арматурой 15 включают гидромотор 12 переменной производительности в работу и грузозахватное устройство 9 на свободном конце грузового каната 7 соединяют с плавающим грузом 10, совершающим вертикальные перемещения на волне. При этом грузовой канат 7 прослаблен и не препятствует вертикальным перемещениям плавающего груза 10. Лебедка 1 подготовлена к подъему плавающего груза 10.

Второй этап связан с предварительным натяжением грузового каната 7 путем включения в работу гидромотора 12 переменной производительности на малых подачах рабочей жидкости через гидрораспределительную арматуру 15 от насоса (на фигурах не показан). Поток подаваемой рабочей жидкости ограничен, и поворачивающийся на стойках 5 лебедки 1 барабан 2 создает тяговое усилие 500…1000 кг грузового каната 7. При этом расчетная масса «сухого» груза не менее, чем вдвое превышает тяговое усилие грузового каната 7. Предварительное натяжение грузового каната 7 несущественно изменяет характер его вертикальных перемещений вместе с плавающим грузом 10 на волне, при этом их скорость может достигать, как показали опытные испытания, величины до 40 м/мин. По мере увеличения балльности волн скорость этих перемещений увеличивается и возникает опасность повреждения плавающего груза 10, поэтому, исходя из обеспечения эксплуатационной прочности плавающего груза 10, в технической документации ограничивают допустимую балльность моря для проведения грузовых операций.

Вертикальные перемещения плавающего груза 10 предварительно натянутым грузовым канатом 7 заставляют барабан 2 совершать угловые качания на цапфах 4 с подшипниками 6 относительно стоек 5 лебедки 1, при этом барабан 2 своими угловыми качаниями через встроенный в него редуктор 11 воздействует на вал гидромотора 12 переменной производительности и, преодолевая крутящий момент, переводит его в насосный режим и обратно, в зависимости от направления перемещения плавающего груза 10. Описанный процесс может длиться бесконечно долго, до начала третьего этапа, для чего гидрораспределительная арматура 15 переводится в положение на подъем с максимальной скоростью.

На третьем этапе процесса подъема плавающего груза 10 происходит его отрыв с поверхности воды, для чего гидрораспределительную арматуру 15 переключают в положение подъем груза с максимальной скоростью. Однако подъем плавающего груза 10 возможен в момент всплытия его на гребень волны, что соответствует моменту взаимодействия выступающих стальных элементов 13 на торце реборды 3 качающегося барабана 2 со считывающими магнитоэлектрическими устройствами 14 на стойке 5. Сгенерированный сигнал с магнитоэлектрических устройств 14 в момент прохождения выступающего стального элемента 13 после соответствующего усиления в электрических устройствах управления (на фигурах не показаны) будет подан на гидрораспределительную арматуру 15 для подъема плавающего груза 10.

Четвертый этап подъема происходит с уменьшенной массой поднимаемого плавающего груза 10, за счет уменьшающейся присоединенной массы воды, стекающей после его отрыва от гребня волны, при этом процесс подъема производят с максимальной скоростью, во избежание динамического воздействия на поднимаемый плавающий груз 10 следующей набегающей волны, в противном случае масса плавающего груза 10 увеличится вновь за счет присоединенной массы воды.

Пятый этап подъема происходит после отрыва плавающего груза 10 от гребня волны, при этом процесс подъема производят с максимальной скоростью, во избежание динамического воздействия на плавающий груз 10 следующей набегающей волны, в противном случае масса плавающего груза 10 увеличится вновь за счет присоединенной массы воды.

Дальнейший подъем плавающего груза 10, находящегося в воздухе, производится по усмотрению оператора, при этом режим предварительного натяжения грузового каната 7 магнитоэлектрические устройства 14 отключены.

Заявленная лебедка для подъема плавающих грузов с поверхности моря может быть использована в грузоподъемных устройствах судов любого назначения, выполняющих подъем плавающих грузов с воды на волнении. При этом расчетное значение коэффициента динамичности Kд=1,4 удается уменьшить до величины, не превышающей 1,1…1,5, отвечающей требованиям для безударных грузовых операций, а также повышается эффективность использования полезной грузоподъемности применяемых погрузочных устройств, и увеличивается срок службы со снижением риска появления внезапных отказов конструкции.

Отказ от следящих лебедочных систем с проводником и замена их бесконтактными датчиками магнитного поля, апробированных в кранах в качестве различных сигнализаторов, упрощает конструкцию грузоподъемных устройств, делает их более компактными и удобными для размещения, а также удешевляет их эксплуатацию и содержание.

Claims (2)

1. Лебёдка для подъёма плавающих грузов, включающая барабан с ребордами и цапфами, опирающийся на стойки лебёдки, грузовой канат, один из концов которого закреплён на барабане, а второй с грузозахватным устройством плавающего груза, а также гидромотор переменной производительности, вращающий барабан, управляемый гидрораспределительной арматурой, отличающаяся тем, что на стойках лебёдки установлены считывающие магнитоэлектрические устройства по типу датчиков магнитного поля, генерирующие выходной сигнал при их взаимодействии с одним из выступающих стальных элементов, выполненных на наружной поверхности одной из торцевых реборд барабана, совершающего колебательные вращения под действием предварительно натянутого грузового каната и плавающего груза на волнении, при этом выходной сигнал с магнитоэлектрических устройств поступает на гидрораспределительную арматуру, управляющую гидромотором переменной производительности, переводя его из периодического насосного режима при колебательных вращениях вместе с барабаном в режим подъёма плавающего груза с максимальной скоростью в момент нахождения последнего на гребне волны.

2. Лебёдка по п.1, отличающаяся тем, что выступающие стальные элементы на наружной стороне реборды расположены с шагом, пропорциональным высоте волны, при которой разрешён подъём плавающего груза.

Images