Определение варьируемых конструктивных параметров уравновешивающих устройств портальных кранов
Loading...
Date
2018
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту ім. акад. В. Лазаряна, Дніпро
Abstract
RUS: Цель. Исследование выполнено с целью совершенствования процесса проектирования уравновешивающего устройства портального крана. Для ее достижения необходимо: 1) составить динамическую и математическую модели, позволяющие описать движение уравновешивающего устройства и стреловой системы портального крана при изменении вылета; 2) разработать методику определения массива варьируемых конструктивных параметров уравновешивающих устройств; 3) рассчитать оптимальное соотношение координат крепления коромысла уравновешивающих устройств и изучить их влияние на неуравновешенность стреловой системы портального крана. Методика. Для определения кинематических характеристик звеньев уравновешивающих устройств разработаны динамическая и математическая модели, которые позволяют описать
движение противовеса с коромыслом при изменении вылета стрелы. Задача уравновешивания стреловых систем портальных кранов сводится к определению конструктивных параметров устройства, которое обеспечивало бы уравновешивание стреловой системы на всём диапазоне вылетов. Также разработана методика определения приемлемых варьируемых конструктивных параметров уравновешивающих устройств с учётом условий подвижности, собираемости и требований к значениям неуравновешенного стрелового момента.
Результаты. С помощью математического моделирования научно обоснована целесообразность использования предложенной методики определения конструктивных параметров уравновешивающих устройств. Разработанный массив варьируемых данных позволяет учитывать характер уравновешивания и оптимизировать конструкцию уравновешивающих устройств и стреловых систем портальных кранов. Авторами выполнен анализ влияния варьируемых параметров на общепринятые критерии оценки качества шарнирносочленённой стреловой системы: неуравновешенность системы, вес противовеса, показатели грузового и стрелового неуравновешенных моментов. Научная новизна. Впервые предложена методика определения массива варьируемых данных, которая позволяет получить рациональные конструктивные параметры уравновешивающих устройств портальных кранов. Разработана локальная программа для комплексного оптимизационного
синтеза, позволяющая определять оптимальные соотношения координат коромысла, при которых выполняются условия уравновешенности и качества портального крана. Практическая значимость. Предложенная методика определения массива варьируемых конструктивных параметров может быть использована при проектировании новых и модернизации существующих уравновешивающих устройств портальных кранов с шарнирно-сочленёнными стреловыми системами, что позволит снизить материалоемкость стреловой системы и энергопотребление кранов. С помощью компьютерного моделирования выполнена апробация предложенной методики применительно к кранам, компоновка которых обеспечивает собираемость и подвижность звеньев всех систем.
UKR: Мета. Дослідження виконане з метою вдосконалення процесу проектування зрівноважувального пристрою портального крана. Для її досягнення необхідно: 1) скласти динамічну й математичну моделі, які дозволяють описати рух зрівноважувального пристрою та стрілової системи портального крана в разі зміни вильоту; 2) запропонувати засіб визначення та методику розрахунку масиву варійовних параметрів конструкції зрівноважувальних пристроїв; 3) розрахувати оптимальне співвідношення координат кріплення коромисла зрівноважувального пристрою та вивчити їх вплив на неврівноваженість стрілової системи портального крана. Методика. Для визначення кінематичних характеристик ланок зрівноважувального пристрою розроблені динамічна й математична моделі, які дозволяють описати рух противаги з коромислом за умови зміни вильоту стріли. Задача врівноваження стрілових систем портальних кранів зводиться до визначення конструктивних параметрів зрівноважувального пристрою, який забезпечував би врівноваження стрілової системи на всьому діапазоні вильотів. Також розроблена методика визначення прийнятних варійовних конструктивних параметрів зрівноважувальних пристроїв із урахуванням умов рухомості, збираності та вимог до значень неврівноваженого стрілового моменту. Результати. За допомогою математичного моделювання науково обґрунтована доцільність використання запропонованої методики визначення конструктивних параметрів зрівноважувальних пристроїв. Розроблений масив варійовних даних дозволяє враховувати характер врівноваження й оптимізувати конструкцію зрівноважувальних пристроїв стрілових систем портальних кранів. Авторами проведений аналіз впливу варійовних параметрів на загальноприйняті критерії оцінки якості шарнірно-зчленованої стрілової системи: неврівноваженість системи, вага противаги, показники вантажного й стрілового неврівноважених моментів. Наукова новизна. Уперше запропонована методика визначення масиву варійовних даних, яка дозволяє отримати раціональні конструктивні параметри зрівноважувальних пристроїв портальних кранів. Розроблена локальна програма для комплексного оптимізаційного синтезу, що дозволяє визначати оптимальні співвідношення координат коромисла, за яких виконуються умови врівноваженості та якості портального крана. Практична значимість. Запропонована методика визначення масиву варійовних конструктивних параметрів може бути використана під час проектування нових і модернізації наявних зрівноважувальних пристроїв портальних кранів із шарнірно-зчленованими стріловими системами, що дозволить знизити матеріалоємність стрілової системи й eнергоспоживання кранів. За допомогою комп’ютерного моделювання виконана апробація запропонованої методики стосовно кранів, компонування яких забезпечує збираність і рухомість ланок усіх систем.
ENG: Purpose. The research was carried out to improve the design process of the balancing unit for portal crane. In order to achieve the purpose one should: 1) to develop a dynamic and mathematical model that allows describing the movement of balancing unit and the boom system of portal crane, when derricking; 2) to propose the way for determining and the methodology for calculating the array of variable design parameters of balancing units; 3) to calculate the optimal ratio of the beam mounting coordinates for balancing units and to study their influence on the imbalance of the portal crane boom system. Methodology. To determine the kinematic characteristics of the balancing unit links, dynamic and mathematical models, describing the movement of balance beam with counterweight when derricking, have been developed. The task of balancing boom systems of portal cranes is reduced to determining the design parameters of the device, which would provide balancing of the boom system on the entire range of derricking. It was also developed a methodology for calculating the acceptable varying design parameters of balancing units, taking into account the conditions of mobility, assemblability and the requirements for the values of unbalanced boom torque. Findings. Based on mathematical calculations and computer simulation the expediency of using the proposed methodology for determining the design parameters of balancing units has been scientifically substantiated. The developed array of variable data makes it possible to take into account the nature of balancing and optimize the design of counterbalancing devices and boom systems for portal cranes. The authors analyzed the influence of variable parameters on the generally accepted criteria for assessing the quality of the articulated boom system: the system's unbalance, the weight of counterweight, the indices of load and boom unbalanced moments. Originality. For the first time, a methodology for determining an array of variable data has been proposed. It makes it possible to form the array of rational design parameters of balancing units. It was developed a local program for complex optimization synthesis, which makes it possible to determine the optimum ratios of the balance beam coordinates, under which the conditions of balance and quality of the portal crane are satisfied. Practical value. The proposed methodology for determining the array of varying design parameters can be used in the development organizations for designing new and retrofitting the existing balancing units for portal cranes with articulated boom systems. The proposed methodology was tested at the launch of complex optimization synthesis with respect to cranes, the configuration of which ensures assemblability and mobility of the links of all systems.
UKR: Мета. Дослідження виконане з метою вдосконалення процесу проектування зрівноважувального пристрою портального крана. Для її досягнення необхідно: 1) скласти динамічну й математичну моделі, які дозволяють описати рух зрівноважувального пристрою та стрілової системи портального крана в разі зміни вильоту; 2) запропонувати засіб визначення та методику розрахунку масиву варійовних параметрів конструкції зрівноважувальних пристроїв; 3) розрахувати оптимальне співвідношення координат кріплення коромисла зрівноважувального пристрою та вивчити їх вплив на неврівноваженість стрілової системи портального крана. Методика. Для визначення кінематичних характеристик ланок зрівноважувального пристрою розроблені динамічна й математична моделі, які дозволяють описати рух противаги з коромислом за умови зміни вильоту стріли. Задача врівноваження стрілових систем портальних кранів зводиться до визначення конструктивних параметрів зрівноважувального пристрою, який забезпечував би врівноваження стрілової системи на всьому діапазоні вильотів. Також розроблена методика визначення прийнятних варійовних конструктивних параметрів зрівноважувальних пристроїв із урахуванням умов рухомості, збираності та вимог до значень неврівноваженого стрілового моменту. Результати. За допомогою математичного моделювання науково обґрунтована доцільність використання запропонованої методики визначення конструктивних параметрів зрівноважувальних пристроїв. Розроблений масив варійовних даних дозволяє враховувати характер врівноваження й оптимізувати конструкцію зрівноважувальних пристроїв стрілових систем портальних кранів. Авторами проведений аналіз впливу варійовних параметрів на загальноприйняті критерії оцінки якості шарнірно-зчленованої стрілової системи: неврівноваженість системи, вага противаги, показники вантажного й стрілового неврівноважених моментів. Наукова новизна. Уперше запропонована методика визначення масиву варійовних даних, яка дозволяє отримати раціональні конструктивні параметри зрівноважувальних пристроїв портальних кранів. Розроблена локальна програма для комплексного оптимізаційного синтезу, що дозволяє визначати оптимальні співвідношення координат коромисла, за яких виконуються умови врівноваженості та якості портального крана. Практична значимість. Запропонована методика визначення масиву варійовних конструктивних параметрів може бути використана під час проектування нових і модернізації наявних зрівноважувальних пристроїв портальних кранів із шарнірно-зчленованими стріловими системами, що дозволить знизити матеріалоємність стрілової системи й eнергоспоживання кранів. За допомогою комп’ютерного моделювання виконана апробація запропонованої методики стосовно кранів, компонування яких забезпечує збираність і рухомість ланок усіх систем.
ENG: Purpose. The research was carried out to improve the design process of the balancing unit for portal crane. In order to achieve the purpose one should: 1) to develop a dynamic and mathematical model that allows describing the movement of balancing unit and the boom system of portal crane, when derricking; 2) to propose the way for determining and the methodology for calculating the array of variable design parameters of balancing units; 3) to calculate the optimal ratio of the beam mounting coordinates for balancing units and to study their influence on the imbalance of the portal crane boom system. Methodology. To determine the kinematic characteristics of the balancing unit links, dynamic and mathematical models, describing the movement of balance beam with counterweight when derricking, have been developed. The task of balancing boom systems of portal cranes is reduced to determining the design parameters of the device, which would provide balancing of the boom system on the entire range of derricking. It was also developed a methodology for calculating the acceptable varying design parameters of balancing units, taking into account the conditions of mobility, assemblability and the requirements for the values of unbalanced boom torque. Findings. Based on mathematical calculations and computer simulation the expediency of using the proposed methodology for determining the design parameters of balancing units has been scientifically substantiated. The developed array of variable data makes it possible to take into account the nature of balancing and optimize the design of counterbalancing devices and boom systems for portal cranes. The authors analyzed the influence of variable parameters on the generally accepted criteria for assessing the quality of the articulated boom system: the system's unbalance, the weight of counterweight, the indices of load and boom unbalanced moments. Originality. For the first time, a methodology for determining an array of variable data has been proposed. It makes it possible to form the array of rational design parameters of balancing units. It was developed a local program for complex optimization synthesis, which makes it possible to determine the optimum ratios of the balance beam coordinates, under which the conditions of balance and quality of the portal crane are satisfied. Practical value. The proposed methodology for determining the array of varying design parameters can be used in the development organizations for designing new and retrofitting the existing balancing units for portal cranes with articulated boom systems. The proposed methodology was tested at the launch of complex optimization synthesis with respect to cranes, the configuration of which ensures assemblability and mobility of the links of all systems.
Description
В. Суглобов: ORCID 0000-0003-1743-0894; С. Ракша: ORCID 0000-0002-4118-13412; Е. Ткачук: ORCID 0000-0002-0309-1644
Keywords
портальный кран, уравновешивающее устройство, шарнирно-сочленённая стреловая система, синтез, конструктивные параметры, коромысло, неуравновешенный момент, зрівноважувальний пристрій, шарнірно-зчленована стрілова система, конструктивні параметри, коромисло, неврівноважений момент, portal crane, balancing units, articulated boom system, synthesis, design parameters, balance beam, unbalanced moment, КПММ
Citation
Суглобов, В. В. Определение варьируемых конструктивных параметров уравновешивающих устройств портальных кранов / В. В. Суглобов, С. В. Ракша, Е. В. Ткачук // Наука та прогрес транспорту. – 2018. – № 4 (76). – C. 89–100. – doi: 10.15802/stp2018/140555.