УДК 621.875

Суглобов В.В., д.т.н, проф.,  ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет», г. Мариуполь, Украина

Михеев В.А., доцент, ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет», г. Мариуполь, Украина

Тищенко Е.В., аспирант, ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет», г. Мариуполь, Украина

 

Разработка алгоритма и программы синтеза и оптимизации конструкции стреловой системы портальных кранов

Основным средством механизации погрузочных работ в морских и речных портах, на судоремонтных и судостроительных заводах являются портальные краны. В настоящее время из-за физического износа 80% существующего парка портальных машин возникла острая потребность в создании новых прогрессивных моделей кранов, обладающих более качественными эксплуатационными характеристиками, и замены ими устаревших кранов.

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

Рис.1. Схема стреловой системы портального крана.

Используемые в современной практике проектирования методы расчета, синтеза и оптимизации стреловых систем портальных кранов [1,2,3,4] не обеспечивают получения экономичного варианта конструкции. Так, графические методы требуют неоднократного построения кинематической схемы СС для подбора её геометрических параметров, что увеличивает трудоёмкость создания новых портальных кранов. Основными недостатками графоаналитических методов является многократное графическое построение СС с использованием аналитических уравнений, которые получены в неявно выраженном виде. Решение этих уравнений выполняется путём подбора определяемого параметра, что снижает точность расчётов. Аналитические методы выполняются «ручным» способом [2], что так же достаточно трудоёмко. При получении неудовлетворительных результатов необходимо повторять расчёт до удовлетворения заданных требований к стреловой системе портального крана [3].

Перечисленные методы не позволяют автоматизировать процесс проектирования с использованием ЭВМ. Поэтому наиболее перспективным и рациональным методом является автоматизированный синтез параметров стреловых систем [4], однако, этот способ не позволяет одновременно проводить совместный синтез и оптимизацию СС и СУ. 

Доказано, что при расчётах и проектировании крана должны быть выполнены следующие требования:

1.     Стреловая система должна быть уравновешена относительно оси качания стрелы, что достигается с помощью подвижных противовесов СУ.

2.     Груз при изменении вылета стрелы должен перемещаться по траектории, мало отличающейся от горизонтали. Если груз движется по горизонтали, его потенциальная энергия не изменяется. Если груз будет отклоняться от горизонтали вверх, то на его подъем надо дополнительно затратить энергию, т.е. увеличить мощность электропривода механизма изменения вылета.

3.     Возникающие от веса груза силы в грузовых канатах и оттяжке стрелы создают равнодействующую силу, создающую грузовой неуравновешенный момент относительно оси качания стрелы. Этот момент может быть положительным (в сторону увеличения вылета стрелы) или отрицательным (в сторону уменьшения вылета стрелы).

4.     Стреловая система должна быть оптимизирована по величине грузового неуравновешенного момента.

5.     Стреловая система должна быть оптимизирована по величине неуравновешенного стрелового момента.

При разработке алгоритма и программы оптимизации:

                         I.             Были предложены критерии оценки качества СС и СУ:

1.     Минимальное отклонение траектории движения груза от горизонтали.

2.     Минимальное значение грузового неуравновешенного момента.

3.     Характер изменения траектории движения груза и величины грузового неуравновешенного момента во всём диапазоне изменения вылета стрелы.

4.     Минимальный вес противовеса.

5.     Минимальный вес системы уравновешивания.

6.     Минимальное значение неуравновешенного стрелового момента.

7.     Характер изменения неуравновешенного стрелового момента во всём диапазоне изменения вылета стрелы.

                             II.      Использован метод многомерных статистических сит (МСС).

Многомерные статистические сита функциональных и критериальных ограничений  – это представленные в специальном графическом виде и в определенной последовательности числовые, геометрические и статистические характеристики анализа функциональных и критериальных поверхностей, а также поверхностей допустимых и оптимальных решений на заданном множестве статистических испытаний.

Развитие теории расчета стреловых систем, автоматизированного синтеза и оптимизации их конструкции, – что составляет предмет и цель данного прикладного исследования, – является актуальной задачей, решение и практическое использование которой позволяет автоматизировать процесс проектирования кранов и на основе оптимальных решений создать краны нового поколения с более качественными техническими характеристиками.

 

Литература:

1.        Дукельский А.И. Портовые грузоподъёмные машины / А.И. Дукельский – Л.: Транспорт, 1970. – 439 с.

2.        Горский Б.Е. Шарнирно – сочленённые укосины портальных кранов / Б.Е. Горский – М.: Машгиз, 1965. – 185 с.

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

4.        Мисюра В.П., Михеев В.А. Автоматизированный синтез параметров стреловых систем портальных кранов / В.П. Мисюра, В.А. Михеев // Підйомно – транспортна техніка: Зб. наук.пр.  – Дніпропетровськ, 2006. – Вип. №4. – С. 8-12.