Д.т.н. Суглобов В.В., Ткачук Е.В.

ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет», г. Мариуполь,   Украина

АНАЛИЗ МЕТОДОВ РАСЧЁТА И СИНТЕЗА ШАРНИРНО - СОЧЛЕНЁННОЙ СТРЕЛОВОЙ СИСТЕМЫ ПОРТАЛЬНОГО КРАНА

 

Наибольшее влияние на эксплуатационные характеристики портального крана оказывает конструкция шарнирно – сочленённой стреловой системы (ШСС) включающая стрелу 1, хобот 2, оттяжку 3 и систему уравновешивания (СУ), состоящую из коромысла 4 и тяги 5 (рис. 1).

 

Рис. 1. Схема шарнирно–сочленённой стреловой системы портального крана

 

Научно-практические аспекты проектирования ШСС портального крана исследованы во многих научных работах. Следует отметить, что определение конструктивных параметров ШСС является сложной, трудоёмкой задачей. Эта сложность заключается в необходимости удовлетворения всем требованиям и ограничениям, предъявляемым к ШСС.

Решению этой задачи посвящён ряд научных работ Б.Е. Горского, А.И. Дукельского, В.П. Мисюры, В.А. Михеева, В.И. Стрелова, П.З. Петухова. По мнению учёных, для определения конструктивных параметров ШСС необходимо использовать современные методы расчёта и синтеза с использованием персонального компьютера (ПК). До появления ПК эта задача решалась графическими, графоаналитическими и аналитическими методами [1].

Так, графические методы требуют неоднократного построения кинематической схемы механизма для подбора параметров, удовлетворяющих поставленным требованиям, обеспечивают низкую точность, обладают высокой трудоемкостью, не обладают возможностями оптимизации параметров.

Графическими методами можно определить только траектории перемещения звеньев механизмов и груза. Они не дают возможности определить действующие в ШСС силы и моменты, в том числе неуравновешенный грузовой момент и неуравновешенный стреловой момент.

Графоаналитические методы позволяют предварительно графически определить требуемые размеры звеньев, а действующие в звеньях ШСС силы и моменты определить по аналитическим уравнениям и проверить их графически. Однако некоторые аналитические уравнения получены в неявно выраженном виде и их решение выполняется подбором определенных параметров, что уменьшает точность расчетов и увеличивает трудоемкость.

Графоаналитические методы не позволяют в полной мере решить задачу синтеза стреловых устройств. Они не обеспечивают должной точности, очень трудоемки, не позволяют достичь оптимальных решений, не могут выполняться в автоматизированном режиме.

В аналитических методах используются математические зависимости, описывающие закон перемещения груза в поле сил тяжести в вертикальной плоскости. Также выводятся математические зависимости действующих сил и совершаемых ими работ. При этом методе объем вычислений, выполняемых «ручным способом», очень большой, трудоемкий, без возможности оптимизации.

Отмеченные недостатки вышеуказанных методов устранились за счёт разработки методов автоматизированного расчета и синтеза стреловой системы и системы уравновешивания.

Суть этих методов заключается в создании математической модели, где фиксируются в определённых диапазонах варьируемые и заданные параметры, при этом автоматически просчитывается большое количество вариантов конструкций, которые необходимо проанализировать на соответствие всем требованиям, предъявляемым к ШСС. Весомый вклад в разработку автоматизированного метода расчёта внесли В.П. Мисюра, В.А. Михеев, В.И. Стрелов.

  Так, в работах Мисюры [2–4] дана обобщённая математическая модель системы уравновешивания, предложен метод оптимального проектирования. В работе Стрелова [5] показан обобщенный аналитический метод кинематического синтеза стреловой системы с оптимизацией только по одному критерию качества – траектории перемещения груза. Работа Мисюры и Михеева [6] расширила теоретические положения о синтезе ШСС , предложили новые методы многокритериальной оптимизации.

Однако ни один метод не даёт рекомендаций по выбору входных данных на начальном этапе автоматизированного синтеза ШСС. Кроме того, анализ существующих исследований показывает, что подавляющая часть работ посвящена синтезу моделей, учитывающих требования и ограничения только к одной системе.

Поэтому авторами настоящей работы сформулированы требования к ШСС [7], разработан набор критериев качества для полной оценки ШСС [8].

  На основании математических зависимостей, представленных в работе [1], авторами разработана методика расчёта входных данных [9].

 

Список использованных источников:

1. Суглобов В.В. Определение геометрических параметров стрелы и хобота шарнирно-сочленённой стреловой системы портального крана / В.В. Суглобов, В.А. Михеев, Е.В. Тищенко // Вісник Приазов. держ . техн. ун-ту: зб. наук. пр. – Маріуполь : Д ВНЗ «ПДТУ» , 2011 . – Вип. № 22 . – С. 1 77 –1 8 2.

2. Мисюра В.П. Обобщённая математическая модель шарнирно–сочленённой укосины портального крана с различными механизмами уравновешивания / В.П. Мисюра, Б.И. Жермунский // Подъёмно–транспортные машины: сб. науч. тр. – Тула, 1979. – С. 80– 8 6.

3. Мисюра В.П. Оптимальное проектирование уравновешивающих устройств стреловых систем портальных кранов / В.П. Мисюра, Б.И. Жермунский // Вестник машиностроения: сб. науч. тр. – 1980. – № 7 . – С. 80– 8 6.

4. Михеев В.А. Автоматизированное проектирование уравновешивающих устройств стреловых систем портальных кранов / В.А. Михеев, В.П. Мисюра // Подъёмно–транспортная техника: сб. науч. тр. – Днепропетровск, 2005. – № 3(15) . – С. 15– 28 .

5. Стрелов В.И. Расчёт шарнирных стреловых систем портальных кранов / В.И. Стрелов. – Калуга: Облиздат, 1998. – 188 с.

6. Михеев В.А. Автоматизированное проектирование уравновешивающих устройств стреловых систем портальных кранов / В.А. Михеев, В.П. Мисюра // Подъёмно-транспортная техника: сб. науч. тр. – Днепропетровск, 2005. – № 3(15) . – С. 15– 28 .

7. Суглобов В.В. Основы обобщённого автоматизированного синтеза конструкции стреловой системы и системы уравновешивания портального крана / В.В. Суглобов, В.А. Михеев, Е.В. Тищенко // Материалы I Региональной студенческой научно–технической конференции «Подъёмно-транспортное оборудование и логистика» (18–19 мая 2011 года). – Донецк: ДонНТУ, 2011. – С. 118–120.

8. Суглобов В.В. Разработка алгоритма и программы синтеза и оптимизации конструкции стреловой системы портальных кранов / В.В. Суглобов, В.А. Михеев, Е.В. Тищенко // Materialy VII Miedzynarodowej naukowi - praktycznei konferencji « Perspektywiczne opracowania sa nauka I technikami 2011 » . – Prezemysl : Nauka I studia . – Vo l . 54. Techniczne nauki , 2011. – S . 80–83.

9. Суглобов В.В. Применение автоматизированного метода определения входных данных для расчёта и синтеза конструкции портального крана / В.В. Суглобов, В.А. Михеев, Е.В. Ткачук // Materialy VI I I Mez i narodni vedecko-prakticka konference « Dny Vedy – 2012 » . – Praha : Education and Science . – Dil 89. Technicke vedy , 2012. – S . 64–66.