CC BY
20
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2002р Вип № 12
УДК 621.87
Михеев В.А1, .Миненков. Б.Е2
МЕТОД СИНТЕЗА ОДНОЗВЕННОГО СТРЕЛОВОГО УСТРОЙСТВА ПОРТАЛЬНОГО КРАНА С УРАВНИТЕЛЬНЫМ ПОЛИСПАСТОМ
Рассматривается метод проектирования однозвениых стреловых систем портальных кранов с уравнительным полиспастом с использованием математической модели, а также представлены параметры некоторых кранов, рассчитанных по этой методике.
Однозвенное стреловое устройство по сравнению с шарнирно-сочлененной стреловой системой позволяет значительно снизить массу крана, уменьшить инерционные нагрузки при изменении вылета стрелы, снизить энергопотребление за счет меньшей массы стрелы.
Однако, для таких стреловых систем очень сложной задачей при проектировании является обеспечение перемещения груза по горизонтальной траектории при изменении угла наклона стрелы.
При невыполнении этого условия возможно соударение груза с подкрановыми сооружениями и оборудованием и их разрушение.
Одним из распространенных способов обеспечения горизонтальной прямолинейной траектории движения груза является включение в стреловое устройство уравнительного полиспаста [1,2]
Синтез однозвенного стрелового устройства с уравнительным полиспастом является сложной, трудоемкой многокритериальной задачей со многими переменными.
Основными критериями оптимизации при решении этой задачи могут быть приняты: отклонение траектории движения груза от горизонтали и заданная величина грузового неуравновешенного момента при изменении угла наклона стрелы, а также конструктивно приведенные координаты положения оси отклоняющих блоков уравнительного полиспаста.
Допускаемые технические ограничения этих параметров составляют:
■ для отклонения траектории движения груза от горизонтальной прямой - не более 10 % от величины изменения вылета;
■ для неурав нов е ше нно г о грузового момента - не более 15 % от момента, создаваемого собственным весом стрелового устройства..
Обычно в конструкторской практике синтез стрелового устройства выполняется графическим методом путем варьирования значениями переменных составляющих и подбором координат положения уравнительных блоков. Такой метод весьма трудоемкий, дает большие погрешности, не гарантирует оптимальность применяемых решений.
Предложен метод синтеза однозвенного стрелового устройства на основе аналитического решения этой проблемы с разработкой программы для ПЭВМ.
В качестве входных данных программы были приняты : длина стелы, максимальный и минимальный вылеты стрелы, кратность уравнительного полиспаста, грузоподъемность крана, граничное отклонение траектории движения груза от горизонтальной прямой в процентах от величины изменения вылета стрелы и граничный грузовой неуравновешенный момент в процентах от максимального момента от груза действующего на стрелу. Для исследования может задаваться любое число положений вылетов стрелы, позволяющих проследить характер изменения получаемых характеристик.
;пгту. доц. 2ПГТУ, аспирант
Варьирование этими показателями позволяет исследовать широкий спектр подобных конструкций и выбрать наиболее оптимальный.
На выходе выдаются координаты положения головного блока уравнительного полиспаста (х.у), отклонения траектории движения груза от горизонтальной прямой и значение грузового неуравновешенного момента в каждом из положений стрелы, если такие удовлетворяют граничным условиям. В противном случае программа дает ответ "Оптимальных решений нет".
В разработанной математической модели координаты блоков определяются как:
х = ■
У =
Ыук - у и) + - к + у; - у; ++
2(хК~х»)
-2Ъа - ук - 2хкЪ + ^4(/г + \)(сг - г + Л2 + х2 - 2хка) - (2Ъа - ук - 2хкЪ)2
2 (Ь2 +1)
где а =
4~К+у1~У:+ 2/т + Г2
-х„)
Ъ =
Ун -Ук .
(1)
(2)
(3)
(4)
отрезок принятый для определения геометрических параметров
(5)
г—произвольный стреловой системы;
Ь—вертикальный ход конца стрелы; 1—кратность полиспаста механизма изменения вылета; хк. ук—координаты начального положения стрелы крана; хн, ун—координаты конечного положения стрелы крана.
Зависимость для определения отклонения траектории груза от горизонтальной прямой: ОМ = 4 - уЩх)2 - (уну)2 + ун, (6)
где х„\уп'—координаты вершины стрелы в каждом из принятых положений стрелы. Эта программа позволяет значительно уменьшить трудоемкость работы конструкторов, значительно сократить время на решение подобных задач и, главное, обеспечивает оптимальность решения.
В качестве проверки эффективного использования данных программы было решено определить геометрическое положение уравнительного блока, а также отклонение траектории движения груза от горизонтальной прямой при работе крана и величину грузового неуравновешенного момента, действующего на стрелу, для ряда однотипных портальных кранов с различными геометрическими и силовыми характеристиками (см. Таблица 1,2). Таблица 1 - Параметры исследуемых кранов
Характеристика крана № крана
1 2 3 4 5
1. Длина стрелы, м 36 25 25 50 65
2.Минимальный вылет стрелы, м 10 6 10 15 15
3.Максимальный вылет стрелы, м 32 20 20 40 50
4.Кратность стрелового полиспаста 3 3 3 3 3
5.Грузоподъемность, т 32 16 40 20 35
6.Номер итерации 20-90 33-88 52-100 41-100 38-100
Принятые граничные условия: отклонение от горизонтальной траектории движения груза не более 10 % от величины вылета крана и грузовой неуравновешенный момент не более 5 % от максимального момента от груза, действующего на стрелу.
Таблица 2- Полученные оптимальные значения искомых характеристик
№ крана Номер итерации Отклонение от горизонтали, мм Грузовой неуравновешенный момент, кНм
1 25 505 385
2 45 349 546
3 84 338 4522,5
4 60 771 2266
5 53 979 3907
Кратность полиспаста во всех вариантах была принята одинаковая, равная трем. Параметры стреловой системы портального крана №1 были предварительно рассчитаны
графическим способом вручную. Координаты наилучшего положения отклоняющего блока практически совпали с координатами найденными машинным способом (см. Таблица 3). Таблица 3- Координаты головного отклоняющего блока
Координата мм Графический способ Машинный способ
X -70 -111
У 9390 9793.5
(начало координат—корень стрелы)
Отклонение траектории движения груза от горизонтальной прямой при машинном способе отличается от графического на 100 мм в меньшую сторону. Значения грузового неуравновешенного момента на 80 кНм таюке в меньшую сторону.
Выводы
1. Разработана математическая модель и программа для ПЭВМ, позволяющие выполнять синтез однозвенного стрелового устройства портального крана с уравнительным полиспастом.
2. Метод позволяет исследовать широкий спектр конструктивных вариантов и выбрать наиболее оптимальный.
3. Программа выводит значения координат положения оси головных боков уравнительного полиспаста, отклонение траектории движения груза от горизонтальной прямой и значения грузового неуравновешенного момента для любо угла наклона стрелы во всем диапазоне изменения вылета.
4. Метод значительно сокращает время проектирования и позволяет достаточно полно исследовать многие варианты с получением оптимального решения.
Перечень ссылок
1. Петухов П.З., Кионин Г.П., Серлин Л.Г. Специальные краны.-М.: Машиностроение, 1985 -248с.
2. Михеев В.А., Власов В.Т. Специальные краны.-Т 2.-Мариуполь: ПГТУ, 1998.— 139с.
Михеев Владимир .Авдеевич. Академик Подъемно-транспортной академии наук Украины, доцент кафедры подъемно-транспортных машин и деталей машин Приазовского государственного технического университета, окончил Мариупольский металлургический институт в 1954 году. Основные направления научных исследований - исследования кинематики и прочности портальных и металлургических кранов.
Миненков Борис Евгеньевич. Аспирант кафедры подъемно-транспортных машин и деталей машин, окончил Приазовский государственный технический университет в 2000 году. Занимается разработкой методики расчета однозвенной стреловой системы портального крана с применением математического моделирования.
Статья поступила 27.02.2002
