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

Розробка оптимальних режимів зміни вильоту вантажу, в основному, проводилась для одноланкових стрілових систем, тому оптимізація режиму зміни вильоту вантажу шарнірно-зчленованої стрілової системи, яка призводить до мінімізації енергетичних витрат, є досить актуальною проблемою. вибрано критерій оптимізації зміни вильоту врівноваженої шарнірно-зчленованої стрілової системи на ділянці усталеного руху; визначено параметри існуючих приводів, що забезпечують оптимальний енергетичний режим зміни вильоту шарнірно-зчленованих стрілових систем кранів на ділянці усталеного руху; Наукова новизна одержаних результатів полягає в розробці математичної моделі врівноважених шарнірно-зчленованих стрілових систем кранів при усталеному режимі зміни вильоту вантажу з мінімальними енергетичними витратами в приводних механізмах, а також в розробці методики оптимізації режимів руху і конструкцій приводних механізмів, що забезпечують реалізацію цих режимів. Практичне значення одержаних результатів полягає в розробці науковообгрунтованої інженерної методики розрахунку оптимального енергетичного режиму зміни вильоту врівноваженої шарнірно-зчленованої стрілової системи на ділянці усталеного руху, яка реалізована у вигляді програми для ЕОМ та розробці конкретних конструкцій приводних механізмів, які реалізують цей режим руху.Стрілова система включає в себе такі ланки: 1 - стріла; 2 - хобот; 3 - жорстка відтяжка; 4 - рухома противага; 5 - вантаж; 6 - приводний механізм зміни вильоту. Сформульовано умови роботи стрілової системи, розраховані залежності для визначення кінематичних характеристик окремих ланок існуючих стрілових систем (вирази для визначення координат, швидкостей і прискореннь стріли, відтяжки, противаги, хобота і вантажу). (1) де Іу, Іх, Іо, Іс - моменти інерції, відповідно противаги, хобота, відтяжки і стріли відносно власних осей оберання; мв, мх - маси вантажу і хобота відповідно; , , , , , - оператори передачі руху вантажу, хобота, противаги і відтяжки першого порядку, які звязують відповідні координати ланок з узагальненою координатою; - кутова швидкість повороту стріли. Отримана крайова задача (3) не має аналітичного розвязку, тому для її розвязування використано чисельно-аналітичний метод колокацій, згідно з яким залежності кінематичних характеристик стріли представляються у вигляді поліномів, які забезпечують крайові умови: (3) де ?? = ?1 - ?0, ?1 і ?0 - кінцева і початкова координата стріли; а1, а2, а3 і а4 - коефіцієнти колокації; - відносний час усталеного руху стрілової системи. Для визначення коливань вантажу за допомогою рівнянь Лагранжа другого роду складено математичну модель руху стрілової системи, яка має вигляд: (4) де Ір - момент інерції ротора двигуна відносно осі його обертання; ?р - кутова координата повороту ротора двигуна; , , , - оператори передачі руху ротора двигуна і вантажу першого порядку, які звязують відповідні координати з узагальненими координатами ? і ?; g=9,81м/с2 - прискорення вільного падіння; , , , , , , , - кутові прискорення ротора двигуна, стріли, відтяжки, противаги, хобота і лінійні прискорення центрів мас хобота і вантажу, які розраховані на моделі стрілової системи з одним ступенем вільності для реального або оптимального усталеного режиму зміни вильоту; , , , , , , , - прискорення вищевказаних ланок, які визначаються на моделі стрілової системи з двома ступінями вільності і залежать від ?, , , ?, , .За результатами детального аналізу шляхів розвязання посталеної проблеми зменшення енерговитрат в стрілових системах обрано найбільш доцільний метод, який базується на виборі режимів руху приводних механізмів. Цей функціонал відповідає дії за Лагранжем і його підінтегральною функцією є кінетична енергія стрілової системи під час зміни вильоту вантажу на ділянці усталеного руху. Порівняння отриманих результатів існуючих і оптимізованих стрілових систем свідчить про те, що в оптимізованих стрілових системах максимальне значення кінетичної енергії практично не відризняється від їхнього середнього значення (розбіжність складає менше 1%), в той час як в існуючих стрілових системах кранів цей показник досягає 26 - 190%. Встановлено, що найбільше відхилення вантажу від вертикалі при існуючому режимі руху має місце в стріловій системі крана “Ардельтверке” (амплітуда коливань складає 0,095рад). Проведений аналіз показав, що: на ділянці усталеного руху статичне зусилля є основною складовою сумарного зусилля; зміна режиму руху вплинула на динамічну (значно) і статичну (незначно) складові; в середньому для всіх стрілових систем кранів динамічна і статична складові в зубчастій рейці привода при оптимальному енергетичному усталеному режимі зміни вильоту зменшились в порівнянні з існуючим режимом.

Основний зміст роботи