w04-Techniki bezpieczeństwa urządzeń dźwigowo-transportowych

(1)

Techniki bezpieczeństwa urządzeń

dźwigowo-transportowych

•

zjawisko ukosowania ustrojów nośnych dźwignic

• metodyka obliczania sił poziomych od ruchów torowych

(wg PN-86/M-06514)

• technika zabezpieczeń przed nadmiernym ukosowaniem • metodyka pomiarów doświadczalnych – opis stanowiska

badawczego

BEZPIECZEŃSTWO TECHNICZNE

URZĄDZEŃ PODDOZOROWYCH

Wybrane przykłady awarii urządzeń dźwigowo-przeładunkowych

Awaria suwnicy bramowej „Solway” Kraków

Bezpośrednim powodem awarii, były nieprawidłowości w zakresie działania zespołów przeciwskoszeniowych (rozregulowanie). W wyniku występowanie nadmiernych sił niszczących konstrukcję w węźle łączącym podporę stałą z dźwigarem nośnym, wystąpiły obciąŜenia niszczące. ObciąŜenia te występowały kaŜdorazowo podczas jazdy suwnicy w przypadku nagłego przyhamowania jednego z jej zestawów jezdnych. W/w nagłe przyhamowania powodowały występowanie nadmiernych zukosowań tj. nadmiernych wyprzedzeń jednej jadącej podpory mostu względem drugiej. Opisane nadmierne zukosownie naleŜy odróŜnić od typowego, wolno narastającego, dopuszczal-nego zukosowania występującego podczas normalnej eksploatacji suwnicy. Wartość tego dopuszczaldopuszczal-nego zukoso-wania jest zaleŜna od szeregu czynników konstrukcyjnych suwnicy. Ukosowanie zaleŜy między innymi od: wymia-rów suwnicy, jej sztywności , rodzaju synchronizacji prędkości jazdy mechanizmów napędowych podpory sztywnej względem mechanizmów podpory wahliwej oraz róŜnicy samych oporów jazdy poszczególnych zestawów kołowych.

Wybrane przykłady awarii urządzeń dźwigowo-przeładunkowych

Awarie suwnic bramowych kratowych oraz pomostowych

……….……..

.……….……...

………..………….

……….…………..

……….……...

………..…….

………..….

……….……..

.……….……...

………..………….

……….…………..

……….……...

………..…….

………..….

……….……..

.……….……...

………..………….

……….…………..

……….……...

………..…….

………..….

(2)

Podczas przejazdu dźwignicy z zespołami jezdnymi kołowymi po torowisku jezdnym, obserwuje się towarzyszące temu kaŜdorazowo zjawisko ukosowania (tzw. węŜykowania).

Ukosowanie się mostów dźwignic jest procesem stochastycznym, związanym

z wieloma czynnikami eksploatacyjno-konstrukcyjnymi, między innymi: a) chwilowymi warunkami zmiennych obciąŜeń zewnętrznych,

b) zróŜnicowanymi oporami ruchu na torach jezdnych,

c) zmiennych układów połoŜenia zespołów roboczych w czasie cyklu pracy, d) stopniem zuŜycia eksploatacyjnego bieŜni kół jezdnych,

e) geometrią ułoŜenia szyn jezdnych, sposobem łoŜyskowania i osadzenia kół jezdnych w czołownicach, wymiarami elementów dźwignicy, w tym stosunkiem rozstawu kół w czołownicach do rozpiętości mostu, itp..

Efektem w/w zjawiska węŜykowania mostów dźwignic, jest generowanie dodatkowych niekorzystnych obciąŜeń, które działają bezpośrednio na zespół prowadzący. ObciąŜenie to jest reakcją elementu prowadzącego na działanie sił, które powstają, gdy koła są odchylone od normalnego kierunku toczenia. Dane umoŜliwiające obliczanie obciąŜeń od ukosowania i kategorie obciąŜeń, do

których naleŜy je zaliczyć (obciąŜenia regularne lub nieregularne), podane są w normach PN-EN oraz PN-ISO, dotyczących poszczególnych rodzajów dźwignic.

Zjawisko ukosowania ustrojów nośnych mostów (tzw. węŜykowania)

Model składa się z równolegle ustawionych n par kół, z których p par jest sprzęgniętych. Sprzęgnięte koła (C) są połączone mechanicznie lub elektrycznie. Koła nienapędzane, indywidualnie łoŜyskowane oraz koła indywidualnie napędzane są traktowane z pewnym przybliŜeniem, jako pary kół niezaleŜnych (I). Warunki te odnoszą się do indywidualnych mechanizmów napędowych. W modelu zakłada się, Ŝe koła osadzone są w połoŜeniu idealnym pod względem geometrycznym, w sztywnej konstrukcji dźwignicy, poruszającej się po sztywnych torach. W modelu nie uwzględnia się ponadto róŜnic w średnicach kół. Z uwagi na przesunięcia poprzeczne, koła mogą być ustalone (F) lub przesuwne (M). MoŜliwe układy poprzeczne par kół przedstawiono na rys. 1. Poprzeczny stopień swobody moŜe być realizowany przez podporę wahliwą (suwnice bramowe). W rzeczywistych układach ustrojów nośnych dźwignic, występują wszystkie w/w przyczyny wpływające na pojawienie się efektu węŜykowania, niemniej dla potrzeb analizy obliczeniowej wygodnym jest przyjmowanie modeli o znanym stopniu uproszczenia.

Wprowadzenie -zjawisko ukosowania ustrojów nośnych dźwignic

MoŜliwe układy par kół

Zjawisko ukosowania ustrojów nośnych mostów (tzw. węŜykowania)

Przyjmuje się, Ŝe model

dźwignicy porusza się ze

stałą prędkością w

połoŜeniu zukosowanym

pod kątem

a

ObciąŜenia działające na dźwignicę w połoŜeniu z zukosowaniem, gdzie: 1- kierunek ruchu zukosowanej dźwignicy (tzw. poślizgu), 2- kierunek szyny pierwszej, 3- para kół, 4- szyna druga, 5- chwilowy biegun poślizgu, 6- szyna pierwsza, 7- poślizg, 8- element prowadzący

Dźwignica moŜe być prowadzona za pomocą zewnętrznych elementów prowadzących lub obrzeŜy kół

……….……..

.……….……...

………..………….

……….…………..

……….……...

………..…….

………..….

……….……..

.……….……...

………..………….

……….…………..

……….……...

………..…….

………..….

……….……..

.……….……...

………..………….

……….…………..

……….……...

………..…….

………..….

(3)

W pierwszej kolejności naleŜy ustalić zaleŜności, jakie zachodzą między siłami stycznymi i odpowiadającymi im przemieszczeniami miedzy kołem a szyną, a jego ruch jest ograniczony systemem (dźwignicy i torów), następnie przesunięcie koła w kierunku wzdłuŜnym i poprzecznym

[u(ux, uy)], a odpowiadające mu siły styczne (FX, FY) oddziałują na dźwignicę. Ogólną zaleŜność

między długościami przesunięć (ux, uy), długością swobodnego toczenia rψ, naciskiem koła FZ a siłami stycznymi (FX, FY) wyraŜa się zaleŜnością (1):

(

x y c

)

Z x X f s s p stam powierzchni F F = , , _ ⋅

(

x y c

)

Z y Y f s s p stam powierzchni F F = , , _ ⋅

(1)

Współczynniki tarcia toczącego się koła (fx,

fy) zaleŜą od poślizgu, tj. zaleŜności miedzy

przesunięciami a długością swobodnego to-czenia (sx=ux/rψ,sy=uy/rψ),docisku koła do szyny (pc) i stanu powierzchni szyny.

Schemat ogólny sił stycznych i przemieszczeń przy ukosowaniu dźwignic

Siła prowadząca FY jest równowaŜona siłami sztywnymi kół FX1i, FY1i, FX2i, FY2i które powstają na skutek obrotu dźwignicy względem chwilowego bieguna poślizgu. Dla największego

poprzecznego poślizgu przy elemencie prowadzącym sY=htgα≈α≈α≈α≈hαααα(kąt ααααw radianach) i przy

załoŜeniu, Ŝe poprzeczne poślizgi sYi zmieniają się liniowo między elementem prowadzącym, a chwilowym biegunem poślizgu, poszczególne siły ukosowania oblicza się w sposób podany poniŜej (wg PN-EN ):

g

m

f

v

F

Y

=

×

( )

[

_l_-_e-250α

]

3 , 0 ⋅ = f

gdzie: m×g - jest siłą cięŜkości obciąŜonej dźwignicy

;

jest

współczynnikiem tarcia toczącego się koła; α- jest kątem zukosowania w radianach. Kąt ukosowania α, nie powinien przekraczać 0,015 radianów, powinien być ustalony z uwzględnieniem luzu między elementem prowadzącym a szyną względnie między zuŜytymi obrzeŜami kół a szyną

jak niŜej: αααα=ααααg+ααααw+ααααt, gdzie ααααg=sg/wb- jest częścią kąta ukosowania zaleŜną od luzu między

elementem prowadzącym a szyną, sg- jest luzem między elementem prowadzącym a szyną, wb -jest

odległością między elementami prowadzącymi,ααααw=0,1(bh/wb)- jest częścią kąta zukosowania zaleŜna

od zuŜycia, bh- jest szerokością główki szyny, ααααt= 0,001 rad - jest częścią kąta zukosowania zaleŜną

od tolerancji, νννν=1-∑∑∑∑d_i/nh dla układu F/F (rys. 1), νννν=µ′µ′µ′µ′(1-∑∑∑∑d_i/nh) - dla układu F/M h - jest odległością między chwilowym biegunem obrotu a elementem prowadzącym, h=(pµµ′µµ′µµ′µµ′l2₊_∑_∑_∑_∑ ₂ i d h=(pµµµµl2_+∑_∑∑_∑ )/∑∑∑∑d_i- dla układu F/F; 2 i

d

n- jest liczbą kół po kaŜdej stronie toru dźwignicy, p- jest

liczbą sprzęŜonych par kół, l- jest rozpiętością dźwignicy (rys 1), µµµµ, µ′µ′µ′µ′- są częścią rozpiętości, d_i- jest odległością pary kół i od elementu prowadzącego.

)/∑∑∑di - dla układu F/M;∑

Zjawisko ukosowania ustrojów nośnych mostów (tzw. węŜykowania)

Siły Fx1i, Fx2i, Fy1i oraz Fy2i oblicza się według wzorów (3):

g

m

f

F

g

m

f

F

i i x i i x

×

=

×

=

2 2 1 1

ξ

oraz

_F

_v

_f

_m

_g

g

m

f

v

F

i i y i i y

×

=

×

=

2 2 1 1

(3)

gdzie: ξξξξ1i, ξξξξ2i, νννν1i i νννν2i podano w tablicy 1.













−

h

d

n

i

1 '

µ













−

h

d

n

i

1 µ

0 IFM 0 µµ′ µµ′ µµ′ µµ′l/nh CFM 0 IFF µµ′ µµ′ µµ′ µµ′l/nh CFF νννν2i νννν1i ξξξξ1i= ξξξξ2i Układy par kół

W przypadku asymetrycznego rozkładu masy, ujawniają się obciąŜenia dźwignicy wywołane przyspieszeniami lub opóźnieniami od napędów, które moŜna obliczyć stosując model kinematyczny ciała sztywnego. W takich stanach eksploatacyjnych, siły od napędów F działające na dźwignicę lub wózek wywołują siły H1, H2, pokazane na rys. 6 (naleŜy je traktować jako obciąŜenia regularne).

Zjawisko ukosowania ustrojów nośnych mostów (tzw. węŜykowania)

……….……..

.……….……...

………..………….

……….…………..

……….……...

………..…….

………..….

……….……..

.……….……...

………..………….

……….…………..

……….……...

………..…….

………..….

……….……..

.……….……...

………..………….

……….…………..

……….……...

………..…….

………..….

(4)

Zjawisko ukosowania ustrojów nośnych mostów (tzw. węŜykowania)

Norma PN-86/M-06514

podaje moŜliwość obliczania sił poziomych torowych działających na ustrój nośny dźwignicy w zaleŜności od rozpiętości ustroju, rozstawu i rodzaju punktów podparcia (punkty podparcia typu A-nieprzesuwne, typu B- przesuwne).

Wobec powyŜszego rozróŜniane są systemy podparcia: AA, AB oraz BB.

Zjawisko ukosowania ustrojów nośnych mostów (tzw. węŜykowania)

Zastępczy rozstaw punktów podparciaoraz wykres doboru współczynnika kAwg. PN-86/M-06514

Wartości liczbowe sił poziomych ruchów torowych H i S naleŜy obliczać wg wzorów

H A

n

P

k

H

=

⋅

_max

⋅

L

e

H

S

=

⋅

z H B

n

P

k

H

=

⋅

_max

⋅

S

=

2 ⋅

H

⋅

e

_L

z System AA i AB System BB

gdzie: L – rozpiętość ustroju nośnego, ez- zastępczy rozstaw punktów podparcia lub rozstaw rolek prowadzących, Pmax- największy nacisk na koło obliczony przy uwzględnieniu obciąŜeń stałych, sił cięŜkości elementów dźwignicy, zmieniających połoŜenie względem kół dźwignicy i siły udźwigu, kA- współczynnik zaleŜny od stosunku L/ez, n- liczba kół jezdnych w jednym punkcie podparcia ustroju nośnego dźwignicy, nH- liczba kół jezdnych w jednym punkcie podparcia ustroju nośnego dźwignicy, na które działa siła boczna; (uwaga: siły boczne w systemie BA działają tylko na nieprzesuwne punkty podparcia A)

Przykładowa konstrukcja suwnicy bramowej prod. FAMAK

udźwig główny: 2x150[t], udźwig pomocniczy 12,5[t] rozpiętość: 108[m], wysokość podnoszenia 58[m]

……….……..

.……….……...

………..………….

……….…………..

……….……...

………..…….

………..….

……….……..

.……….……...

………..………….

……….…………..

……….……...

………..…….

………..….

……….……..

.……….……...

………..………….

……….…………..

……….……...

………..…….

………..….

(5)

Zjawisko ukosowanie się dźwignic w czasie jazdy ich zespołów kołowych po torowiskach szynowych jest nieuniknione, wobec powyŜszego dla zapewnienia bezpiecznej eksploatacji wymagane jest stosowanie odpowiednich systemów zabezpieczeń. Zabezpieczeniami tymi mogą być układy zamocowanych wahliwie 2 rolek i dociskanych do głowy szyn jezdnych, które współpracują z układem sterowania napędów jazdylub współczesne elektroniczne systemy kontroli ruchu jazdy dźwignicy wyposaŜone w laserowe czujniki pomiaru połoŜenia ustroju nośnego dźwignicy względem torowiska jezdnego (układy pracujące jako cyfrowo-absolutne).

Kleszcze szynowe – elementy blokad Ŝurawia podczas postojów i przy obciąŜeniu wiatrem dla stanu spoczynku

Podstawowe konstrukcje: a) uruchamiane ręcznie

b) uruchamiane automatycznie z chwilą zakończenia pracy w strefie postoju suwnicy

(np.. hydrauliczne)

1. Cichocki W., Michałowski S.: Laboratorium systemów transportu bliskiego i urządzeń dźwigowych. Część 2 „Eksploatacja”, WNT PK Kraków 2012, 2. Piątkiewicz A., Sobolski R.: Dźwignice, tom I, tom II. Wydawnictwo

Naukowo-Techniczne 1977r.

3. Korzeń Z.: Logistyczne systemy transportu bliskiego i magazynowania. Wydawnictwo ILiM Poznań 1998.

4. Transport przemysłowy i maszyny robocze. Kwartalnik. Wydawnictwo Lektorium Wrocław

5. Normy i wymagania techniczne: EN 13001–2, ISO 8686-1, PN-86/M-06514; PN-ISO 8686-1, DT-UT-7/95, DT-DE-90/WO, 6. Kwartalnik „Dozór techniczny” - UDT