Разработка методики составления ветровой карты и исследование ветровых режимов портов с помощью анемометрических съемок.

Разработка нормативных актов и документов, регламентирующих использование портовых кранов при ветровых нагрузках.

10. Определение технико-экономической эффективности результатов выполненных исследований.

Объектами исследования являются портовые краны, а предметом исследования – повышение эффективности использования портовых кранов при повышенных ветровых нагрузках.

Базовыми методологическими научными работами являются работы в области математического моделирования и исследования режимов работы кранов Гаранина Н.П., Брауде В.И., Ерофеева Н.И., Комарова М.С.,

Сиротского В.Ф., в области исследования воздействия ветровых нагрузок на инженерные сооружения и башенные краны – Барштейна М.Ф., Давенпорта А.Г., Когана И.Я., Невзорова Л.А, Зарецкого А.А. и других ученых.

Методы исследования. В исследованиях использовались положения теоретической механики, динамики машин и крановых установок, теории электропривода, экспериментальной аэродинамики; методы математического моделирования воздействия ветра на краны; численные методы решения дифференциальных уравнений; метод конечных элементов (МКЭ); методы физического моделирования ветровой нагрузки на краны в аэротрубе и натурных экспериментов; методы математической статистики и теории вероятностей, опытной эксплуатации портовых кранов и анемометрических съемок.

Достоверность и обоснованность результатов и выводов, полученных в диссертации, обеспечивается использованием перечисленных выше методов исследования; совпадением полученных статистических характеристик порывистости ветра с результатами исследований отечественных и японских ученых; совпадением результатов математического моделирования и натурных экспериментов; совпадением результатов исследования динамических характеристик крановых конструкций, полученных МКЭ, с результатами других авторов; совпадением значений коэффициентов аэродинамического сопротивления крановых конструкций при определенных углах атаки воздушного потока с расчетными по ГОСТ 1451-77; применением точных средств измерения исследуемых величин при проведении модельных аэродинамических испытаний и натурных экспериментов на портальных кранах;

результатами опытной эксплуатации портовых кранов при ветровых нагрузках, а также практической реализацией результатов исследования.

Научная значимость результатов работы. В диссертации получены следующие основные результаты, определяющие ее научную значимость.

1. Теоретически и экспериментально доказана возможность использования кранов в морских и рыбных портах при скорости ветра свыше 15 м/с

в зависимости от типа крана, технологии перегрузочных работ, геометрических параметров циклов работы и парусности грузов.

2. Разработаны методы повышения эффективности использования портовых кранов при ветровых нагрузках: использование кранов при скорости ветра свыше 15 м/с, но в пределах паспортных значений ветровых нагрузок; использование кранов при ветровых нагрузках свыше паспортных значений; использование кранов в зонах ветровых теней.

3. Разработана математическая модель режима работы портальных кранов при динамическом воздействии ветра.

4. Предложена методика комплексного исследования основных показателей работоспособности портальных кранов и обоснования допустимых ветровых нагрузок для их рабочего состояния.

5. Усовершенствована методика расчета портальных кранов на ветровую нагрузку.

6. Численными методами исследованы основные показатели работоспособности наиболее распространенных в портах портальных кранов типа Альбрехт, Альбатрос, Сокол, Кондор, Кировец, Ганц и Форель.

7. Предложен способ расчета динамических характеристик крановых конструкций МКЭ, позволяющий на стадии проектирования определять

динамическое воздействие ветра на грузовую устойчивость крана.

8. Предложен дифференцированный метод определения допустимых ветровых нагрузок для рабочего состояния кранов.

9. Предложена методика и выполнены модельные испытания некоторых типов портальных кранов и анемометров в аэродинамической трубе.

10. Разработана методика составления ветровой карты и с помощью анемометрических съемок составлены ветровые карты некоторых портов.

11. Достоверность математической модели и выполненных теоретических исследований режимов работы портальных кранов при динамическом воздействии ветра подтверждена приведенными методикой и результатами натурных испытаний кранов "Альбрехт" при скорости ветра свыше 15 м/с.

12. Разработанные в диссертации методы повышения эффективности использования портовых кранов при ветровых нагрузках подтверждены результатами опытной эксплуатации портовых кранов при скорости ветра свыше 15 м/с в морских торговых и рыбных портах.

Практическая значимость работы.

1. Разработанные методы повышения эффективности использования портовых кранов позволяют расширить диапазон допустимых скоростей ветра для их рабочего состояния до 22 м/с, а в отдельных случаях до 25 м/с и более, а также использовать краны в зонах ветровых теней.

2. Разработанная математическая модель режима работы портальных кранов при динамическом воздействии ветра и численный метод расчета основных показателей их работоспособности портальных кранов позволяют на стадиях проектирования и эксплуатации кранов определять допустимые ветровые нагрузки для их рабочего состояния.

3. Усовершенствованная методика расчета портальных кранов на ветровую нагрузку позволяет более обоснованно подходить к задачам проектирования портальных кранов и повышает их эксплуатационные возможности.

4. Предложенная методика и выполненные исследования моделей портальных кранов и их отдельных частей в аэродинамической трубе позволили уточнить расчетную ветровую нагрузку на кран в целом.

5. Предложенный дифференцированный метод определения допустимой ветровой нагрузки на портальные краны для их рабочего состояния позволяет устанавливать допустимые скорости ветра для каждого типа кранов.

6. Выполненное теоретическое обоснование допустимых ветровых нагрузок для рабочего состояния портовых кранов в зависимости от типа крана, технологии работ, парусности грузов и защищенности причалов от ветра препятствиями, позволило разработать методы повышения эффективности использования портовых кранов при ветровых нагрузках.

7. Методика составления ветровой карты порта позволяет прогнозировать скорости ветра в порту, а при получении штормового предупреждения планировать расстановку судов и бригад портовых рабочих. Она позволяет определять места установки ветроизмерительных приборов и тем самым повышать эффективность использования портовых кранов при сильном ветре.

8. Сформулированы дополнительные требования к техническим условиям на проектирование портальных кранов с учетом их эксплуатации при повышенных ветровых нагрузках.

Разработаны рекомендации по регулировке тормозов механизмов поворота и вылета стрелы кранов при воздействии ветра, а также выбору анемометров, местах их установки на кране и порту, а также их поверке.

9. Результаты выполненных исследований позволили разработать отраслевые нормативные акты, регламентирующие использование портовых кранов при скорости ветра до 22 м/с, а также в зонах ветровых теней.

10. Подтвержденный ЗАО "ЦНИИМФ" экономический эффект от результатов внедрения диссертационной работы в портах Минтранса составляет 25 млн. рублей в год, а ФГУП "ГИПРОРЫБФЛОТ" в рыбных портах Федерального агентства по рыболовству 10 млн. руб. в год.

11. Результаты исследований отражены в учебном пособии "Охрана труда", рекомендованном УМО на водном транспорте для студентов и курсантов ВУЗов водного транспорта и рыбного хозяйства.

Реализация результатов работы. Работа выполнялась в соответствии с планами НИР с морскими пароходствами, торговыми и рыбными портами, а также отраслевой программой, утвержденной Государственным комитетом по рыболовству России от 30.11.2001 г.

Результаты выполненных исследований использовались в нормативных актах Министерств морского флота и рыбного хозяйства.

Для портов Калининград, Мурманск, Одесса и Находка составлены с участием автора ветровые карты, утвержденные руководством портов.