CC BY
91
УДК 621.874
В.Ю. Анцев, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, (4872) 33-22-88, anzev@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
А.С. Толоконников, канд. техн. наук, доц., (4872) 33-22-88, tolkac@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
П.Ю. Калабин, магистрант, kalabinpy@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
ОПТИМИЗАЦИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН МОСТОВОГО ТИПА
Рассматриваются вопросы оптимизации металлоемкости пролетных балок мостовых кранов с поясными листами разной толщины.
Ключевые слова: конечно-элементной модель пролётной балки, поссные листы
Основными условиями оптимального проектирования металлических конструкций грузоподъёмных кранов являются создание рациональных конструктивных схем и установление областей их применения при наивыгоднейших значения их геометрических параметров и размеров отдельных элементов. Применительно к металлоконструкциям мостовых кранов на передний план выходит задача снижения металлоёмкости при обеспечении прочности, местной устойчивости, жесткости, так как масса металлоконструкции в значительной степени определяет её стоимость.
Оптимизации параметров пролётных балок мостовых кранов посвящены работы многих авторов, например, [1,2]. По их результатам для баки симметричного сечения при расчете на прочность по расчетным случаям 11а и Ш удаётся в явном виде выразить зависимость площади сечения от момента сопротивления, представляющую собой целевую функцию
Жх_+Жу_
уИ Ь у
— + — И*
И 3 е
3
где Жх, Жу - моменты сопротивления сечения относительно осей хиу,м
И , Ь - высота и ширина сечения, м; *е - толщина стенки, м.
Таким образом, задач оптимизации сводится к минимизации площади ^ при заданных моментах сопротивления. Задаваясь значением толщины стенки, вычисляются оптимальные значения высоты и ширины баки, толщины поясов.
Данна методика в процессе проектирования требует корректировки значения ширины баки для кранов малой грузоподъемности, которая, исхода из технологических соображений, должна составлять не менее 300...350 мм [3]. Кроме того, для баки с заданным пролётом толщина поясных листов уменьшается с увеличением грузоподъёмности (следовательно, с увеличением толщины стенки), что противоречит условию обеспечения прочности верхнего пояса.
Исследование конечно-элементной модели пролётной балки показало, что для кранов легкого и среднего режимов работы вследствие местного давления ходового колеса грузовой тележки верхний пояс в процессе эксплуатации испытывает большие значения напряжений, чем нижний. Таким образом, возникает вопрос об оптимальном проектировании металлоконструкций балок с поясами раной толщины. Причем, минимальная толщина нижнего пояса может быть принята равной толщине стенок.
Проведённый сравнительный анализ результатов [4], полученных по существующему и предложенному методам, позволил сделать следующие выводы:
1. Для кранов грузоподъемностью до 20 т применение пролётных балок с разными толщинами поясов при пролётах более 16,5 м позволяет снизить площадь поперечного сечения на 3...6 % по сравнению с баками, имеющими равные по толщине пояса.
2. Для кранов грузоподъемностью 32 т выигрыш по площади до 4 % наблюдается в диапазоне пролётов от 10 до 20 м.
3. Для кранов большой грузоподъемностью применение балок с разными толщинами поясов нецелесообразно.
Таким образом, предложенная методика определения геометрических размеров поперечного сечения не является оптимальной на всем диапазоне пролетов и грузоподъемностей мостовых кранов среднего и легкого режимов работы.
Для устранения указанных недостатков предлагается изменять характерный параметр (толщину нижнего пояса) в пределах от толщины стенки до толщины верхнего пояса.
Схема геометрических размеров поперечного сечения представлена нарис. 1 (где д<а< х).
Ч
,_____________, І
ч
ГТ1 гг »
Рис. 1. Поперечное сечение пролетной балки с поясами разной
толщины
к •• -2•
а +
0од
к
2
+ В • а-0.5а + В• х•
а + к +
х
2
у.
2к
х
12
к •••2 + В •а + В • х
Уод ~а - 0.5к]2 • 2к -рВ^ а(уйд - 0,5^)2 + В • х(уйд — - а -0.5х);
3
Жх
____х_
Уод
где Уод - координата центра тяжести сечения, м; 8 - толщина, стени и
толщина нижнего пояса, м; В - ширина баки, м; х - толщина верхнего пояса, м.
Условия ограничения, реализуемые в системе МаШСАБ, принимают вид I о2Ь Му2Ь . _ I лоа . „ Ь . , . Ь
Ж
+
х
Ж
<£• у;
У
о2а
Жх
<Я • у; — <к <—; В >Ь/50: 18 14
0,005 <«<0,01; | <В <| ; в >0,3; 1,55<х <2 5; 0,005 <а <0,01,
где I д2а,I о2Ъ,Му2Ь - изгибающие моменты относительно осей хиу для
расчетных случаев 11а и IIЪ, кН-м; Я - расчетное сопротивление материала баки изгибу, МПа; у - коэффициент надежности при расчете по методу предельных состояний; L - пролет крана.
На рис. 2-4 представлены графики зависимости площади поперечного сечения балки от грузоподъёмности крана при раных значениях пролёта Д для симметричных сечений (у) и для сечений с толщиной нижнего пояса, который определяется как независимый параметр (§).
Рис. 2. Графики зависимости площади поперечного сечения балки от грузоподъёмности крана для пролётов Ь=10,5 и 16,5 м
І :-22.5
0Я35 ------------------
0.0325 003 0.0275
У 0025 //
0 .0225 У /
% /У
Є-& 0.02 0.0175
0015 <ЗҐ*"^
0.0125
0 01 5 10.5 16 215 27 32 5 38 435 49 54.5 60 иШ 5 105 16 215 27 325 38 43.5 49 545 60
<3 <3
Рис. 3. Графики зависимости площади поперечного сечения балки от грузоподъёмности крана для пролётов Ь=22,5 и 28,5 м
Ь := 34.5
0.06 0.056 0.052 0.048 0.044
7
---0.04
£
в^О.ОЗб 0.032 0.028 0.024
' 5 10.5 16 21.5 27 32.5 38 43.5 49 54.5 60
О
Рис. 4. График зависимости площади поперечного сечения балки от грузоподъёмности крана для пролётов Ь=34,5м
Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы, определяющие область применения представленной методики оптимизации металлоемкости пролетных блок мостовых кранов с поясными листами разной толщины:
1. Для кранов грузоподъемностью от 10 до 50 т, имеющих пролёт
10.5 м, расчёт металлоемкости по предложенной и существующей методикам дает аналогичный результат.
2. Для кранов грузоподъемностью от 10 до 50 т, для пролёта 16,5 м, выигрыш по массе конструкции наблюдается в диапазоне грузоподъемностей от 32 до 50 т. Другие результаты совпадают.
3. Для кранов грузоподъемностью от 10 до 50 т для пролётов 22,5 м,
28.5 м и 34,5 м выигрыш по массе составляет от 6 до 10 %.
Библиографический список
1. Металлические конструкции ПТМ / под ред. М.М. Гохберга. Л.: Машиностроение, 1976. 456с.
2. Справочник по кранам / под ред. М.М. Гохберга. Л.: Машиностроение, 1988. Т.1. 535с.
3. Соколов С.А. Металлические конструкции ПТМ. СПб.: Политехника, 2005. 423с.
4. Толоконников А.С., Калабин П.Ю. Оптимизация геометрических параметров пролётных балок мостовых кранов с поясами разной толщины // Изв. ТулГУ. Сер. Технические науки. Вып. 2. Ч. 1. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. С. 53-57.
V. Antsev, A. Tolokonnikov, P. Kalabin
Optimization of bridge type hoisting machines' metal structure
The metal capacity optimization problems of bridge crane's span beams with a lap sheet of different thicknesses are considered.
Получено 12.11.2009
УДК 621.3.019:621.9.06
Н. И. Пасько, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-18-87 (Россия, Тула, ТулГУ), П. П. Шилов, аспирант, (4872) 35-18-87, Shilov_44@mail. ru (Россия, Тула, ТулГУ)
ОБ ОПЕРАТИВНОЙ ОЦЕНКЕ НАДЕЖНОСТИ ИНСТРУМЕНТА НА СТАНКАХ С ЧПУ
Рассматриваются методы оперативной оценки параметров функции надежности режущего инструмента на станках с ЧПУ при планово-предупредительной замене инструмента с использованием вычислительных возможностей системы ЧПУ. Определяется необходимая статистика для оценки. Предполагается использование рассмотренных методов при планово-предупредительной замене инструментов в адаптивном режиме.
Ключевые слова: надежность тструменгт, станки с ЧПУ, статистика, оценка, планово-предупредительная замена, адаптация.
Функцию надежности режущих инструментов желательно знать и оперативно уточнять в процессе обработки. Такую возможность могут обеспечить станки с современными системами ЧПУ, имеющими достаточно большие вычислительные возможности. Така оперативность необходима при назначении плановой наработки инструментов до их профилактической замены (восстановления) в режиме самообучения (адаптации).
