душанін ян станіславович

УДК 621.87

Оптимізація сталого режиму зміни вильоту врівноваженої шарнірно-зчленованої стрілової системи крана

05.05.05 - Піднімально-транспортні машини

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ-2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Київському національному університеті будівництва і ар-хі-тек-ту-ри на кафедрі машин і обладнання технологічних процесів Мі-ніс-тер-ства освіти і науки України

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Ловейкін Вячеслав Сергійо-ви-ч,

професор Ки-їв-сько-го національного уні-вер-си-те-ту бу-дів-ництва і архітектури.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Гончаренко Неоніла Констянтинівна,

професор Се-ва-стополь-ского державного технічного уні-вер-си-те-ту;

кандидат технічних наук, доцент Панов Сергій Львович, доцент Київського уні-вер-си-те-ту еко-номіки і технології транспорту.

Провідна установа: Одеський національний політехнічний уні-вер-си-тет, кафедра підйомно-транспортного і робото-тех-ніч-но-го об-лад-нання Міністерства освіти і науки України

Захист відбудеться 24 січня 2002 року об 11 годині на за-сі-дан-ні спеціалізованої вченої Ради Д 26.056.08 при Київському наці-о-наль-но-му університеті будівництва і архітектури за адресою: 03037, м. Київ, прос-пект Повітрофлотський, 31.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Київського національного університету будівництва і архітектури за адресою: 03037, м. Київ, проспект Повіт-ро-флот-ський, 31.

Автореферат розіслано “24” грудня 2001 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої Ради М. К. Сукач

загальна характеристика роботи

Актуальність теми. В реальній конструкції шарнірно-зчленованої стрі-лової системи крана кожен її елемент рухається за своїм законом, який визна-чається її конструкцією. Це призводить до того, що в процесі зміни вильоту ван-тажу кінетична енергія системи є величиною змінною. Причо-му максимальне значення кінетичної енергії, яке визначає одну з основних складових енергетич-них витрат приводного ме-ханізму, в багатьох випад-ках в декілька разів перевищує її середнє значення. В ре-зультаті цього приведення в рух кожного елементу такої стрілової системи призводить до виникнення допоміжних енергетичних витрат і збільшення ди-намічних на-вантажень в її елементах. Проблему зниження енерге-тичних витрат ви-рі-шу-ють як за рахунок підбору геомет-ричних параметрів стрілових сис-тем, так і шляхом зміни кінематики руху окре-мих елементів або зниження їх маси. Розробка оптимальних режимів зміни вильо-ту вантажу, в ос-нов-ному, проводилась для одноланкових стрілових систем, тому оптимізація ре-жиму зміни вильоту вантажу шарнірно-зчленованої стрілової сис-теми, яка призводить до мінімізації енергетичних витрат, є досить актуальною проблемою.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Ди-серта-ційна робота відповідає напрямку досліджень кафедри машин і об-ладнання тех-нологічних процесів (МіОТП) Київського національного університету бу-дів-ниц-тва і архітектури (КНУБА) “Розробка оптимальних режимів руху ме-ханізмів ван-тажопідіймальних машин”, який виконується за програмою науково-координа-цій-ної ради з питань ресурсу і безпеки ек-сплуатації споруд та машин при Президії НАН України, а також в рамках теми “Енергетичні та деформаційні взаємозв’язки фізико-екологічного ста-ну природних робочих середовищ з гра-нично високою і низькою міцністю при різних зовнішніх навантаженнях” (БДБ-96, № державної ре-єстрації 0196U016055).

Мета і задачі дослідження. Мета данної роботи полягає в зниженні енер-гетичних витрат в шарнірно-зчленованих стрілових системах за раху-нок вибору режиму руху приводного механізму в процесі зміни вильоту вантажу.

Для досягнення поставленої мети були поставлені і розв’язані такі задачі:

-

-

-

-

-

-

-

-

Об’єктом досліджень є врівноважена шарнірно-зчленована стрі-ло-ва сис-тема крана в процесі зміни вильоту вантажу на ділянці усталеного ру-ху.

Предметом досліджень є енергетичні витрати і динамічні навантаження в елементах стрілової системи при різних режимах зміни вильоту вантажу.

Методи дослідження. Дослідження базуються на застосуванні ма-тематич-ного моделювання з використанням методів аналітичної механіки, теорії машин і механізмів, варіаційного числення, методів оптимізації, ди-ференціальних рівнянь, а також чисельних та ітераційних методів їх роз-в’язку. Обробка отриманих даних та перевірка адекватності прийнятих моделей здійснювалась на основі розробле-них програм для ЕОМ, резуль-тати розрахунків на яких співставлялись з експере-ментальними результа-тами та результатами, отриманими іншими авторами.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в розробці ма-тематич-ної моделі врівноважених шарнірно-зчленованих стрілових систем кранів при усталеному режимі зміни вильоту вантажу з мінімальними енергетичними витратами в приводних механізмах, а також в розробці ме-тодики оптимізації режимів руху і конструкцій при-водних механізмів, що забезпечують реалізацію цих режимів.

Практичне значення одержаних результатів полягає в розробці науково обгрунтованої інженерної методики розрахунку оптимального енергетичного ре-жиму зміни вильоту врівноваженої шарнірно-зчленованої стрілової системи на ділянці усталеного руху, яка реалізована у вигляді програми для ЕОМ та розробці конкретних конструкцій приводних меха-нізмів, які реалізують цей режим руху.

Особистий внесок здобувача. З матеріалів десертації та опу-блі-ко-ва-них робіт здобувачеві належить:

-

-

-

-

-

-

-

У друкованих працях, написаних у співавторстві з науковим ке-рів-ни-ком Ловейкіним В.С., співавтору належить:

-

-

-

-

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисерта-цій-ної ро-боти доповідались на:

-

-

-

-

-

-

-

-

В цілому робота двічі доповідалась та обговорювалась на науковому семінарі кафедри машин і обладнання тех-нологічних процесів КНУБА (м. Київ, 2000 і 2001р.р.) та другій всеукраїнській конференції виробників і споживачів пі-дйо-м-них споруд (м. Одеса, 2001р.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 12 статей та тез доповідей, в тому числі 9 статей вийшло у фахових виданнях, рекомендованих “Переліком ВАК…”.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, семи розділів, висновків, списку використаних джерел зі 170 найменувань та до-датків. Робота містить 203 сторінки друкованого тексту, в тому числі 63 ри-сунка, 21 таб-лицю.

Автор висловлює вдячність науковому керівнику Ловейкіну Вячеславу Сергійовичу за допомогу в роботі над дисертацією.

основний зміст роботи

У вступі наведені актуальність, наукова новизна, практичне значення та загальна характеристика роботи.

У першому розділі наведено огляд науково-технічної літератури і патент-ний пошук з питань зменшення енергетичних витрат в приводах стрілових систем вантажопіднімальних кранів в процесі зміни вильоту вантажу.

Проблема зменшення енерговитрат в стрілових систе-мах ви-рі-шу-ва-лась кількома шляхами: досягненням горизонтального перемі-щення ван-тажу під час робочого руху (кінематичний синтез), врів-но-ва-жен-ням власної ваги стрілового пристрою (статичний синтез) і зменшенням маси і інертності стрілових прис-троїв (динамічний синтез).

Горизонтальність переміщення вантажу при зміні вильоту і врів-но-ва-жен-ність власної ваги стрілового пристрою дають таким кранам значні переваги в ма-невренності, продуктивності і економічності порівняно з іншими типами пово-ротних кранів. Цим питанням займались Дресіг Г., Євграфов В. А., Єрмоленко В. Н., Жер-мунський Б. І., Кан К. Н., Місюра В. П., Серлін Л. Г., Турбабін А. С., Шейнгарт В. Ю., Штейн-берг Л. Б., Юрухін Б. Н. та ряд інших дослідників.

Методи оптимального кінематичного і статичного синтезу стрі-ло-вих сис-тем розроблені вже достатньо добре і тому резерви змен-шення енер-гетичних вит-рат за рахунок забезпечення горизонтальності пе-ремі-щен-ня вантажу і врівноваженності стрілової системи майже вичерпані. Че-рез це основні зусилля у вирішенні проблеми оптимізації стрілових сис-тем спрямовуються на зменшення в їх елементах динамічних навантажень.

Дослідженнями в цій галузі займались Александров М. П., Будіков Л. Я., Гайдамака В. Ф., Гончаренко Н. К., Гохберг М. М., Григоров О. В., Григор’єв М. І., Ка-зак С. А., Ковальский Б. С., Комаров М. С., Крук Л. Д., Лобов М. О., Нестеров А. П., Семенюк В. Ф., Панов С. Л., Хриса-нов М. І. та ряд інших.

Особлива увага при дослідженні механізмів кранів приділяється механізму зміни вильоту. Дослідження на цю тему виконувались Алейне-ром А. Л., Брауде В. І., Голоскоковим Є. Г., Горським Б. Є., Дресигом Х., Єрофеєвим М. І., Кіпарським Г. Р., Кова-ленком П. А., Лангом А. Г., Леманом К., Ловей-кіним В. С., Мазовером І. С., Майзелем В. С., Орловим О. М., Парницьким А. В., Серліним Л. Г., Сиротським В. Ф. та іншими.

Крім вищеперелічених способів зменшення енергетичних витрат в стрі-лових системах розроблено також спосіб, який був вперше запропанований для однолан-ко-вих стрілових систем Ловейкіним В.С. Суть цього ме-тоду полягає у виборі режимів руху окремих елементів таким чином, щоб на протязі ділянки усталеного руху кі-не-тич-на енергія всієї стрілової системи була близька до постійної.

Проведений аналіз дозволив зробити такі висновки:

-

-

-

У другому розділі обрано об’єкт дослідження – шарнірно-зчленовану стрі-ло-ву систему пор-таль-ного крана з пря-мо-лі-ній-ним хо-бо-том і жор-сткою від-тяж-кою, яку пред-ставле-но у ви-г-ляді ме-ханічної сис-теми (рис. ) з абсо-лютно жорст-ки-ми лан-ками й од-ним сту-пе-нем віль-нос-ті (узагаль-не-на ку-това коор-дината стріли ?). Наве-дено її конст-руктив-ні, ва-гові і інерційні пара-метри. Стрі-лова сис-тема вклю-чає в себе такі ланки: 1 - стріла; 2 - хо-бот; 3 - жор-ст-ка відтяжка; 4 - рухо-ма про-ти-вага; 5 - вантаж; 6 - при-вод-ний меха-нізм зміни вильоту.

Рис. 1. Кінематична схема врівноваженої шарнірно-зчленова-ної стрілової системи з пря-мо-лі-ній-ним хобо-том і жорсткою відтяжкою при змі-ні вильоту вантажу

Сформульовано умо-ви ро-бо-ти стрілової системи, розраховані залежності для визначення кінематичних ха-рактеристик окремих ланок іс-ну-ю-чих стрілових систем (вирази для визначення координат, швидкостей і прискореннь стріли, відтяжки, проти-ваги, хобота і вантажу). На цій основі визначено сумарну кінетичну енергію розг-лянутої стрілової системи крана без урахування коливань вантажу

()

де Іу, Іх, Іо, Іс – моменти інерції, відповідно противаги, хобота, відтяжки і стріли відносно власних осей оберання; mв, mх - маси вантажу і хобота від-по-від-но; , , , , , - опе-ратори пе-редачі руху вантажу, хо-бо-та, про-тиваги і відтяжки першого по-ряд-ку, які з-в’язують відповідні координати ланок з уза-галь-неною координатою; - ку-това швид-кість повороту стріли.

Аналіз отрима-них резуль-татів по-казує, що в стрілових сис-темах кранів КПМ 32-35-10,5 (Tі1), КПМ 75-20-10,5 (Tі2) і КПМ 40-27-10,5 (Tі3) (рис. ) макси-маль-ні значення кінетичної енер-гії перевищують її середні зна-чення відповідно на 30,0%, 53,8%, 25,8%. В інших кранах ця цифра досягає 190%.

Рис. 2. Кінетична енергія існуючих стрілових систем кранів КПМ 32-35-10,5 (Tі1), КПМ 75-20-10,5 (Tі2), КПМ 40-27-10,5 (Tі3)

Тому виникає необхідність оптимізації усталеного режиму зміни ви-льоту стрілової системи з метою мінімізації найбільшого значення кіне-тич-ної енергії, яка визначає енергетичні витрати на приведення в рух систе-ми і її зупинку.

У третьому розділі обрано кри-те-рій оцінки усталеного режиму руху стрілової си-стеми, який являє собою функціонал, під-ін-тег-раль-ною фун-к-цією яко-го є кінетична енер-гія сис-теми Т і який відповідає дії за Лагранжем

()

де t – час; t0, t1 – почаковий і кінцевий мо-менти часу циклу руху стрілової системи, б – узагальнена координата.

Отримана крайова задача не має аналітичного розв’язку, тому для її розв’язування використано чисельно-аналітичний метод коло-кацій, згідно з яким залежності кінематичних характеристик стріли представляються у вигляді поліномів, які забезпечують крайові умови:

()

де Дб = б1 – б0, б1 і б0 – кінцева і початкова координата стріли; а1, а2, а3 і а4 - кое-фі-ці-єн-ти колокації; - відносний час усталеного руху стрілової системи.

Для знаходження невідомих кое-фі-ці-єн-тів колокації в системі прийнято числові значення точок колокації Визначив-ши в точках колокацій нев’язку ріняння , дістаємо сис-тему чотирьох трансцен-дентних рівнянь з невідомими коефіцієнтами а1, а2, а3 і а4. Після їхнього розв’язку знайдено кі-не-ма-тич-ні характерис-ти-ки стріли, а за допомогою опе-ра-торів пе-ре-да-чі руху – кіне-ма-тич-ні характеристики всіх інших ла-нок стрілової системи. Для стрі-ло-вої системи крана КПМ 32-35-10.5 кое-фі-ці-єн-ти колокації прий-мають такі значення: а1=0.109, а2=-0.038, а3=0.015, а4=0.018.

Визначено, аналогічно до іс-ну-ю-чих, сумарну кінетичну енер-гію оп-ти-мі-зо-ва-них стрілових систем (рис. ). Аналіз отрима-них результатів показує, що в оп-тимізованих стрілових системах кранів КПМ 32-35-10,5 (То1), КПМ 75-20-10,5 (То2) і КПМ 40-27-10,5 (То3) на ді-лянці ус-таленого руху кінетична енер-гія прак-тич-но не змінюється і її макси-мальне від-хи-лення від середнього зна-чення складає відповідно 0,46%, 0,21%, 0,11%. По-рів-няль-ний аналіз кі-не-тич-ної енергії іс-нуючих і оп-тимізованих стрілових сис-тем кра-нів КПМ 32-35-10,5, КПМ 75-20-10,5 і КПМ 40-27-10,5 пока-зує, що в існуючих стрі-лових сис-темах цих кранів на вико-нання робо-ти по зміні ви-льоту вантажу за один цикл не-обхідно витратити додат-кової енергії на 25,8 - 53,8% більше від її се-ред-ньо-го зна-чення, а в оптимі-зо-ваних – лише на 0,11 – 0,46%.

Рис. 3. Кінетична енергія оптимізованих стрі-лових систем кранів КПМ 32-35-10,5 (То1), КПМ 75-20-10,5 (То2), КПМ 40-27-10,5 (То3)

У четвертому розділі розг-лянуто вплив оптимального ре-жиму руху стрі-лової системи на коли-вання вантажу. При цьому стрілова система крана пре-д-ставлена у вигляді голо-номної механічної системи з абсолютно твердими лан-ками і двома ступенями вільності. За узагальнені координати прийняті координата обер-тання стріли ? (ос-новний рух) і координата коливання вантажу ? (коливаль-ний рух). При цьому вважається, що вантаж рухається по горизонталі вздовж осі Х і здійснює коли-вання відносно точки підвісу, а основні елементи стрілової сис-теми є абсолютно твердими тілами і повністю врівноважені рухомою противагою.

Для визначення коливань вантажу за допомогою рів-нянь Лагранжа другого роду складено математичну модель руху стрілової системи, яка має вигляд:

()

де Ір - момент інерції ротора двигуна відносно осі його обертання; ?р - кутова ко-ордината повороту ротора двигуна; , , , - оператори пе-редачі руху ротора двигуна і вантажу першого порядку, які зв’язують відповідні ко-ординати з узагальненими координатами ? і ?; g=9,81м/с2 - прискорення віль-но-го падіння; , , , , , , , - кутові при-скорення ротора дви-гуна, стрі-ли, відтяжки, про-ти-ваги, хо-бо-та і лі-ній-ні прис-ко-рення центрів мас хобо-та і ван-тажу, які розраховані на мо-делі стрілової системи з одним ступенем віль-нос-ті для реального або оп-ти-мального усталеного режиму зміни вильоту; , , , , , , , - при-скорення вищевказаних ланок, які визначаються на мо-делі стрі-лової системи з двома ступінями вільності і залежать від ?, , , н, , .

Оскільки система складається з нелінійних диференціальних рів-нянь зі змінними коефіцієнтами, то для її розв’язку використано чисельний метод Рунге-Кутта. В ре-зуль-таті розв’язку системи визначено коорди-на-ти основного руху ? і коливань вантажу ? як для існуючого на реальних кранах, так і для оптимально-го енергетичного усталеного режиму зміни ви-льоту. В ре-зуль-таті аналізу встанов-лено, що най-біль-ше від-хи-лен-ня ван-тажу від вертикалі при існуючому режимі руху має місце в стріловій системі крана “Ардельтверке” (амплітуда коливань складає 0,095 рад). При оп-тимальному енергетичному ре-жимі руху амплітуда зменшується до 0,086 рад, що складає 9,4%. Найменше від-хи-лення вантажу від верти-калі при існуючому режимі руху має місце в стріловій системі крана “Су-мі-то-мо” (амплітуда коливань складає 0,043 рад). При оптимальному енерге-тич-ному ре-жимі руху амплітуда зменшу-ється до 0,041 рад, що складає 6,7%.

Отже, аналіз показує, що оптимізація енергетичного режиму руху приво-дить також до змен-шення коливань вантажу.

У п’ятому розділі розгля-нуто вплив оптимального режиму зміни вильоту стрілової системи на зусилля в зубчастій рейці при-вода. При цьому порівняно ста-тич-ну і динамічну складові сумар-но-го зусилля, які визначались з урахуванням ре-ального врівноваження стрілової системи і від-хи-лен-ня від горизонтального пере-міщення вантажу.

Сумарне зусилля в рейці привода знаходиться з виразу

, ()

де статична складова NСТ визнача-єть-ся залежністю

, ()

а динамічна NД виразом

, ()

де , , - оператори пе-редачі руху, що зв'язують коор-динати цен-трів мас стріли, відтяжки і про-тиваги з узагальненою координа-тою ?; і - передаточне число приводу; Rш - ра-ді-ус основного кола зубчастого колеса приводу; Sp - робоча довжина рейки привода.

За вихідними даними стрі-ло-вих систем кранів для опти-маль-ного енерге-тичного і іс-ну-ю-чо-го режимів зміни ви-льоту за наведеними форму-лами визна-чені функції зміни в часі сумарного зу-силля (рис. ) і його ди-на-міч-ної та ста-тичної складових в зубчастих рейках приводів меха-нізмів. З ана-лізу отрима-них зусиль ви-хо-дить, що на ділянці уста-леного руху в усіх стрі-лових системах кранів дина-міч-на (значно) і ста-тич-на (незначно) скла-дові в зубчастій рейці при оптималь-но-му енер-гетичному режи-мі зміни ви-льо-ту змінились в порівнянні з існуючим режимом. При цьому динамічна складо-ва складає мен-шу частку в порінянні зі ста-тичною. Так, для приводу стрілової си-с-теми крана КПМ 32-35-10.5 статичне середнє зусилля зміни-ло-ся з 642,9кН при існуючому до 632,9кН при опти-маль-но-му, а максимальне зали-шилось не-змін-ним – 855,0кН; су-марне се-реднє зусилля зміни-лось з 643,0кН до 631,1кН (на 1,5%), а максимальне зросло з 854,9кН до 855,0кН (на 0,01%). В приводі стрілової системи крана КПМ 75-20-10,5 ста-тичне середнє зусилля змінилося з 86,0кН при існуючому до 76,8кН при оп-тимально-му, а макси-мальне залишилось незмінним – 268,3кН; сумарне середнє зусилля змен-шилось з 87,5кН до 79,9кН (на 8,7%), а макси-мальне зросло з 268,7кН до 270,2кН (на 0,6%). В приводі стрілової системи крана КПМ 40-27-10,5 ста-тичне середнє зусилля змінилося з 293,5кН при іс-нуючому до 288,1кН при оптимальному, а максимальне залишилось не-змін-ним – 516,9кН; су-марне середнє зусилля змен-ши-лось з 294,0кН до 289,7кН (на 1,5%), а максималь-не збільшилось з 517,0кН до 517,3кН (на 0,1%).

Рис. 4. Сумарне зусилля в зубчастих рейках іс-ну-ю-чих стрілових систем кранів КПМ 32-35-10,5 (), КПМ 75-20-10,5 (), КПМ 40-27-10,5 ()

Наведений аналіз показує, що оптимізація усталеного режиму зміни вильо-ту стрілової системи практично не вплинула на зусилля в зубчастій рейці приво-ду.

У шостому розділі визначені раціональні параметри існуючих приводів та зпроектовані нові приводи трьох ме-ханізмів зміни вильоту (МЗВ) для забезпечення опти-мального усталеного режиму руху елементів стрілових систем.

При оптимізації параметрів приводів в ре-зуль-таті об-числень на ЕОМ от-римано числові зна-чен-ня довжини стояка aр і коромисла bр приводу та кута ?р, який дорівнює сумі кутів нахилу стояка ?р і розхилу коромисла ?р (шр=ир+мр). При цьому не всі значення цих параметрів є конструк-тив-ни-ми, тому їхні кінцеві зна-чення визна-чені підбором. Визна-чено функції кінетичної енергії для існуючого, опти-мального і ре-жиму зміни ви-льо-ту з підібраними па-раметрами (рис. ). З причин низької ефек-тивності такого підбору (в стріловій системі крана КПМ 32-35-10,5 при оптимальному режимі Tomax=2,63кДж, при існуючому Тіmax=3,41кДж (при aр=10,27м, bр=8,88м, ?р=2,308рад), при іс-ну-ю-чо-му з підбором параметрів Ті*max=3,10кДж (при aр*=8,88м, bр*=8,88м, ?р*=0,864рад)) здійснена роз-робка нових та модер-ніза-ція існуючих конст-рук-цій при-водів з ме-тою забезпечен-ня необхід-них режимів руху. Розроблені нові конструк-ції при-водів рей-ко-вого, по-ліс-паст-но-го і гід-рав-лічного МЗВ.

Рис. 5. Кінетична енергія зміни вильоту стрі-ло-вої системи крана КПМ 32-35-10,5 з існуючими (Ті), оптималь-ними (То) і пі-ді-браними (Т*і) па-ра-мет-рами при-во-ду

Оптимізація конструкції привода рейкового МЗВ здійснюється шляхом встановлення в ньому пари зубчастих колес змінних радіусів, значення яких виз-нача-ються залежностями:

с2=А–?1, щ1=2р/t1, ()

де А - міжцентрова відстань; ?1 – кутова швидкість ведучого зубчастого ко-леса; , - робоча довжина рейки при макси-мальному і міні-маль-но-му вильотах стріли.

Отримані радіуси зубчас-тих колес в залежності від кута їх обертання для стрілової системи крана КПМ 32-35-10,5 наве-де-ні на рис.

Рис. 6. Радіуси зубчастих колес, які забезпечу-ють оптимальний за-кон руху стрілової системи крана КПМ 32-35-10,5

В шарнірно-зчленованій стрі-ло-вій системі з поліспастним МЗВ ре-алізація оптимального енер-гетичного режиму руху здій-сню-ється шляхом заміни ци-лінд-рич-но-го барабана на бара-бан змінного профілю. Зміна радіусу барабана, яка за-безпечує рух стрілової системи за необхідним законом, визначається з залежності

, ()

де nn – кратність поліспасту; ?1 - кутова швидкість обертання бара-бана, яка зна-ходиться з умови, що за час робо-чого циклу зміни ви-льо-ту вантажу стріла пройде від-стань між своїми двома крайніми положеннями ?min і ?max.

Для стрілових систем кра-нів КПМ 32-35-10,5, КПМ 75-20-10,5 і КПМ 40-27-10,5 зміни оп-ти-маль-них радіусів барабанів наве-дені на рис. . Зміна раді-у-сів від-бу-вається в межах 0,171…0,217м для стрілової системи КПМ 32-35-10,5, 0,252…0,361м для стрілової системи КПМ 75-20-10,5 і 0,174…0,205м для стрі-ло-вої системи КПМ 40-27-10,5.

Рис. 7. Оптимальні радіуси барабанів приводів по-ліс-паст-них МЗВ стрілових систем кра-нів КПМ 32-35-10,5 (Rб1()), КПМ 75-20-10,5 (Rб2()) і КПМ 40-27-10,5 (Rб3())

В шарнірно-зчленованій стрі-ло-вій системі з гідравличним МЗВ (рис. , ) ре-а-лі-за-ція оп-ти-маль-ного ре-жи-му руху здій-сню-єть-ся за ра-ху-нок розподілу по-току робочої рі-ди-ни в напірну та зливну магістралі через ре-гульований дросель. На схе-мі представ-лені стріла 1, гідро-ци-линдр 2 зі штоком 3 і гільзою 4, регульо-ва-ний насос 5, роз-подільник 6 з руко-ят-кою 10, сектор 7, шток 8 регуля-тора вит-рат 9, напірні золот-ники 11 та 12 та за-по-біж-ний клапан 13. Реа-лізація необхід-ного ре-жиму руху до-ся-гається тим, що сектор 7 має профіль, який задає дроселю 9 необ-хідного закону зміни прохідного пе-ре-рі-зу.

У сьомому розділі переві-рено адекватність і ефек-тивність отрима-них ре-зуль-татів. Оцінено дос-товірність ре-зуль-татів прийня-тої мате-матич-ної моде-лі шар-нір-но-зчле-нова-них стрілових сис-тем існуючим стрі-ло-вим сис-темам (рис. ). Най-біль-ша роз-біж-ність за-фік-со-ва-на в стрі-ло-вій сис-темі кра-на “Ардельт-верке” (1,97%), а най-мен-ша - в стріловій систе-мі крана КПМ 40-27-10,5 (0,25%). Пере-ві-ре-но при-пу-щення про не-змін-ний ха-рактер швидкос-ті руху ротора електро-двигуна під час уста-ле-ного режи-му зміни ви-льоту шар-нір-но-зчле-но-ваної стрі-ло-вої сис-те-ми. Для виз-начен-ня кутової швидкості обер-тання ро-тора дви-гуна було викори-стано тахометр ручний магнітний “ИО-30”. Ре-зультати ви-мі-рю-вань для стрі-ло-вої сис-теми крана КПМ 40-27-10,5 (рис. ) свідчать, що швид-кість рото-ра двигуна на ді-лян-ці усталеного руху є не-змін-ною (n=720об/хв). Прове-дено експе-ремен-таль-не ви-мі-рю-ван-ня зусиль (Ne) в зуб-частій рейці привода МЗВ стрілової сис-теми КПМ 40-27-10,5, схема якого наве-дена на рис. . Зміна цього зусилля ра-зом з від-по-відним тео-ре-тич-ним ре-зуль-татом Ni на-ведена на рис. Як свідчить аналіз одержаних ре-зуль-татів роз-біжності між по-рів-ню-є-ми-ми величи-нами не пе-ре-вищу-ють 13% (515,6кН су-марне зу-силля при роз-рахунках і 456,2кН – з експере-менту).

Рис. 12. Зміна кутової координати стріли при оп-ти-маль-ному (?о) і існуючому (?і) режи-мах зміни вильоту вантажу в стрі-ло-вій сис-темі крана КПМ 32-35-10,5

Рис. 13. Частота обертання ротора двигуна ме-ханізма привода стрілової сис-те-ми крана КПМ 40-27-10,5

Рис. 14. Схема підключення датчиків до ре-є-стру-ючої апаратури

Рис. 15. Зусилля експерементальне (Ne) і роз-ра-хо-ване (Nі) в зубчастій рей-ці при-во-да МЗВ стрілової сис-теми крана КПМ 40-27-10,5

З метою перевірки ефективності отриманих результатів розраховано річні заощадження електроенергії в приводі стрілової системи крана “Кондор”. Як свід-чать розрахунки, річна економія складає 2994,11 грн. з одного крана за рахунок зменшення енерговитрат під час пуску приводного механізму.

висновки

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

список основних праць

1. Ловейкін В. С., Душанін Я. С. Оптимізація конструктивних па-раметрів приводу механізму зміни вильоту стрілової системи крана // Гірн., будів., дор. та меліорат. машини:Респ. міжвід. наук.-техн. зб. - К.:КДТУБА, 1998. – Вип. 52. – С. 72 – 75.

2. Ловейкін В. С., Душанін Я. С. Аналіз енергетичних і силових ха-ракте-ристик реальних врівноважених стрілових систем кранів // Гірн., будів., дор. та меліорат. машини:Респ. міжвід. наук.-техн. зб. - К.:КДТУБА, 1999. – Вип. 53. – С. 67 – 73.

3. Ловейкін В. С., Душанін Я. С. Аналіз інерційних зусиль в зуб-частій рейці приводу на ділянці сталого руху при різних режимах руху стрілових систем кранів // Гірн., будів., дор. та меліорат. машини: Респ. міжвід. наук.-техн. зб. – К.: КНУБА, 1999. – Вип. 54. – С. 53 – 56.

4. Ловейкін В. С., Душанін Я. С. Оптимізація енергетичного режи-му при зміні вильоту стрілових систем кранів // Вестник Харьковского го-сударственного политехнического университета. – Харьков, 1999. – Вып. 48. – С. 166 – 172.

5. Ловейкін В. С., Душанін Я. С. Вплив режимів руху реальних врівноважених стрілових систем кранів на енергетичні і силові характери-стики // Вестник Севастопольского государственного технического уни-верситета. – Севас-тополь, 2000. – Вып. 23. – С. 10 – 13.

6. Ловейкін В. С., Душанін Я. С. Вплив режиму зміни вильоту врівноваженої стрілової системи на коливання вантажу // Вісник Східноукраїнського державного уніврситету. – Луганськ.: СУДУ, 2000. - №6(28). – С. 32 – 35.

7. Ловейкін В. С., Душанін Я. С. Синтез оптимального профілю сектора гідравлічного механізму вильоту врівноваженої стрілової системи крана // Авто-мобильный транспорт. Сб. науч. тр. Серия совершенствова-ние машин для земля-ных работ. – Харьков, 2000. - №5. – С. 148 – 150.

8. Ловейкін В. С., Душанін Я. С. Синтез оптимального профілю ба-рабана поліспастного механізму вильоту врівноваженої стрілової системи крана // Гірн., будів., дор. та меліорат машини: Респ. міжвід. наук.-техн. зб. – К.: КНУБА, 2000. – Вип. 55. – С. 52 – 54.

9. Ловейкін В. С., Душанін Я. С. Синтез зубчастих колес оптималь-них ра-діусів рейкового механізму зміни вильоту врівноваженої шарнірно-зчленованої стрі-лової системи крана // Техніка будівництва. – К.: КНУБА, 2000.–№8.– С. 91-94.

10. Ловейкин В. С., Душанин Я. С. Синтез оптимального энергети-ческого режима изменения вылета груза уравновешенной стреловой сис-темы крана / Ма-териалы VII междунар. конфер. “Новые технологии в ма-шиностроении”. – Харь-ков – Рыбачье: Ассоциация технологов-ма-ши-но-стро-ите-лей Украины, 1998. – С. 228 – 230.

11. Ловейкін В. С., Душанін Я. С. Синтез оптимального енергетич-ного ре-жиму руху стрілової системи крана при зміні вильоту вантажу / Материалы III междунар. научн.–техн. конфер. “Динамика, прочность, компьютер, образование”. – Севастополь: СевГТУ, 1998. – С. 34 –41.

12. Душанін Я. С. Мінімізація енергетичних витрат в процесі зміни вильоту врівноважених стрілових систем кранів / Тези доповідей 61-ї наук.-практ. конфер. “Науково-практичні проблеми цивільної оборони в системі міністерства надзви-чайних ситуацій”. – К.: КНУБА, 2000. – С. 19.

анотація

Душанін Я. С. Оптимізація сталого режиму зміни вильоту врівноваженої шарнірно-зчленованої стрілової системи крана. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 05.05.05 – Піднімально-транспортні машини. – Київський на-ці-о-наль-ний університет будівництва і архітектури. Київ, 2001.

Дисертація присвячена проблемі зниження енергетичних витрат в елемен-тах врівноважених шарнірно-зчленованих стрілових систем портальних кранів при усталеному режимі зміни вильоту вантажу. Проаналізовані існуючі шляхи ре-алізації даної задачі і запропановано новий. Розроблено математичну модель зміни вильоту врівноваженої шарнірно-зчленованої стрілової системи. Наведені і проаналізовані режими зміни вильоту існуючих врівноважених шарнірно-зчлено-ваних стрілових систем кранів. Обрано критерій оптимізації на основі якого роз-роблено методику оптимізації енергетичного режиму зміни ви-льоту врівноваженої шарнірно-зчленованої стрілової системи крана. Розраховані конст-руктивні параметри приводних механізмів, які забезпечують опти-мальний енерге-тичний режим зміни вильоту врівноваженої шарнірно-зчленованої стрілової сис-теми на ділянці усталеного руху та розроблені конструкції приводних механізмів, що реалізують цей режим.

Ключові слова: врівноважена шарнірно-зчленована стрілова система, ма-тематична модель, критерій оптимізації, енергетичний режим зміни вильоту, при-водний механізм.

аннотация

Душанин Я. С. Оптимизация установившегося режима изменения вылета уравновешенной шарнирно-сочлененной стреловой системы крана. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.05 – Подъемно-транспортные машины. – Киевский нацио-нальный университет строительства и архитектуры. Киев, 2001.

Диссертация посвящена проблеме снижения энергетических затрат в эле-ментах уравновешенных шарнирно-сочлененных стреловых систем портальных кранов при установившемся режиме изменения вылета груза. Проанализированы существующие пути реализации данной задачи (достижение горизонтального перемещения груза за время рабочего движения, уравновешивание собственного веса стрелового устройства и уменьшение массы и инертности стреловых ус-тройств) и предложен новый, суть которого состоит в выборе режимов движения отдельных элементов таким образом, чтобы на протяжении участка установившегося движения ки-не-тическая энергия всей стреловой системы была близка к постоянной. Разработана математическая модель изменения вылета уравновешенной шар-нирно-сочленен-ной стреловой системы. Приведены и проанализированы режи-мы изменения вылета существующих уравновешенных шарнирно-сочленен-ных стреловых систем кра-нов. Анализ получен-ных результатов по-казывает, что в стреловых системах кранов максимальные значения кинетической энергии превышают ее средние значення в несколько раз. Выбран критерий оптимизации на основании ко-то-рого разработана методика оптимизации энергетического режима изменения вылета уравновешенной шар-нирно-сочлененной стреловой системы крана. Рассмотрено влияние оптимального режима движения стреловой системы на колебания груза и усилие в зубчатой рейке рейкового механизма изменения вылета. В ре-зуль-тате анализа установ-лено, что оптимизация энергетического режима изменения вылета уравновешенных шар-нирно-сочлененных стреловых систем кранов позволяет уменьшить отклонение груза от вертикали на 10%. Из анализа получе-нных усилий следует, что на участке установившегося движения во всех стре-ловых системах кранов дина-мическая (значительно) и ста-тическая (незначительно) составляющие в зубчатой рейке при оптималь-но-м енер-гетическом режи-ме изменения вы-ле-та изменились в сравнении с существующим режимом. При этом динамическое усилие соста-вляет мен-ьшую часть в сравнении со ста-тическим. Сравнительный анализ показывает, что оптимизация установившегося режима изменения выле-та стреловой системы практически не повлияла на усилия в зубчатой рейке приво-да. Рассчитаны конструктивные пара-метры приводных механизмов, которые обес-пе-чи-вают оптимальный энергетичес-кий режим изменения вылета уравновешенной шарнир-но-сочлененной стреловой системы на участке установившегося движения и раз-работаны конструкции при-водов трех механизмов изменения, которые реализуют этот режим. Определены функции кинетической энергии для существующего, опти-мального и ре-жима изменения вы-ле-та з подобраными па-раметрами. Проверена адекватность и эффек-тивность полученых ре-зуль-татов. Оценена дос-товерность ре-зуль-та-тов принятой мате-матической моде-ли шарнирно-сочле-не-нных стреловых сис-тем существующим стре-ло-вым системам. Про-ве-ре-но пред-положение про неизменный ха-рактер скорос-ти движения ротора электро-двигателя во время уста-новившегося режи-ма изменения вы-лета шар-нир-но-сочле-ненной стре-ло-вой сис-те-мы. Как свидетельствует анализ полученых ре-зуль-татов расхождение между с-рав-ниваемы-ми величи-нами не п-ре-вышуют 10%. С