Контроль и обеспечение статической устойчивости мобильных подъемников с выносными опорами
Ю. И. Гудков, канд. техн. наук, директор
ВКТИмонтажстроймеханизация
К. В. Тарасов, аспирант
МГСУ
Мобильные подъемники и вышки с рабочей площадкой (далее - подъемники) в настоящее время являются универсальными средствами механизации строительных и ремонтных работ. Широкому их применению способствует сочетание высокой мобильности, быстрого приведения механизмов машины в рабочее состояние, высокие грузоподъемность, вылет и высота подъема людей с рабочим оборудованием или грузом [1].
Подъемники относятся к свободностоящим грузоподъемным машинам. Их устойчивость обеспечивается только собственной силой тяжести. При работе эти машины опираются на аутригеры (выносные гидравлические или винтовые опоры) или на колеса [2].
Потеря устойчивости приводит к опрокидыванию базовой машины с падением рабочей платформы. По статистике Ростехнадзора такие аварии неоднократно случались и приводили к несчастным случаям среди монтажников, работающих на объекте. Подъемник после аварии подлежит либо списанию, либо дорогостоящему капитальному ремонту с заменой важнейших узлов и механизмов, и полному техническому освидетельствованию с испытанием контрольными грузами [3, 4].
Конструктивные особенности подъемников, технологические операции, для выполнения которых они предназначены, особенности эксплуатации, а также теоретические исследования показывают, что при больших запасах статической устойчивости подъемников {к >1,5) динамические нагрузки не оказывают существенного влияния на устойчивость и доля их составляет около 5%.
При анализе статической устойчивости подъемников контролируемыми показателями в системе безопасной эксплуатации являются предельные углы устойчивости, которые предшествует опрокидыванию [5].
Общее угловое перемещение подъемника при его статическом нагружении складывается из величины угла наклона, обусловленного действием грузового опрокидывающего момента, угла наклона опорной поверхности и угла отклонения, вызванного деформацией грунта под выносными опорами подъемника.
Одним из вариантов повышения работоспособности и безопасности эксплуатации подъемников является система стабилизации устойчивости в текущем рабочем состоянии. При этом не изменяется конструкция подъемника в целом, дополнительно не нагружается как сама базовая машина, так и привод рабочего оборудования, а также уменьшается влияние качества основания и состояния грунта под опорами подъемника на его устойчивость. Функцией такой системы является поддержание горизонтального положения базового шасси подъемника и обеспечение безопасной эксплуатации, при которой не происходит отрыва выносных опор от площадки.
Устойчивость подъемника и режим безопасной работы обеспечиваются на основе правильного распределения силовых факторов внутри его механической системы с сохранением при различных внешних воздействиях определенного положения центра тяжести относительно ребра опрокидывания. При этом коэффициент запаса устойчивости не уменьшается ниже некоторого заданного значения.
Задача стабилизации статической устойчивости и создания режима безопасной работы такой системы решается путем введения дополнительных воздействий на подъемник. К ним относится изменение силы поджатия выносных опор к поверхности стоянки подъемника до такой величины, при которой не происходит отрыв опор от этой поверхности.
Для сохранения устойчивости свободно стоящего подъемника необходимо, чтобы равнодействующая вертикальных опорных давлений при всех положениях подъемника проходила внутри опорного контура. Положение равнодействующей определяется здесь с учетом инерционных и ветровых нагрузок, которые суммируются с весовыми нагрузками подъемника.
Коэффициент устойчивости к зависит от размеров опорного контура. Это не позволяет во всех случаях объективно судить о действительной устойчивости подъемников по расстоянию равнодействующей от ребра опрокидывания, так как при одинаковой величине этого расстояния значения коэффициентов устойчивости будут различными при разных размерах опорного контура. Однако при любых условиях максимальная устойчивость достигается, если равнодействующая проходит через центр опорного контура.
Одно из разработанных с учетом отмеченных обстоятельств конструктивных решений рассматриваемой проблемы показано на рис. 1 и 2. Это устройство предназначено для контроля устойчивости подъемника 2 с рабочим оборудованием 1 и обеспечения безопасной его эксплуатации за счет сохранения статической устойчивости с помощью гидравлической системы, управляемой микро-ЭВМ [6].
Достигается это тем, что в подошве выносных опор 5, смонтированных на раме базового шасси 3, со стороны контакта с опорной поверхностью установлены датчики 8 контроля давления. Сигналы от датчика преобразуют в аналого-цифровую форму в преобразователе 9, обрабатывают в динамическом режиме измерений на микро-ЭВМ 10, преобразуют в цифро-аналоговый сигнал в преобразователе
11 и подают на гидрораспределитель 12 управления двумя гидроцилиндрами 7 поджатия подошвы выносной опоры к опорной поверхности. Причем нижний гидроцилиндр через шток 6 непосредственно воздействует на подошву выносной опоры, а верхний гидроцилиндр через коромысло 13 воздействует на выносную опору 4.
Опорный контур в виде четырехугольника образован подошвами поджатия 5, которые располагаются в углах этого контура. На каждую подошву поджатия монтируются два гидроцилиндра одинакового диаметра друг над другом. В сумме смонтированные попарно гидроцилиндры 7 на каждой подошве поджатия по углам опорного четырехугольного контура составляют четыре пары поршневых гидроцилиндров. Они обеспечивают величину поджатия подошв с выносными опорами такой, что центр тяжести подъемника проецируется на опорную поверхность в опорный контур. При выравнивании нагрузок на подошвах центр тяжести подъемника будет проецироваться в середину опорного контура.