авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |
-- [ Страница 1 ] --

Министерство образования и науки Российской Федерации

Министерство транспорта Российской Федерации

Российская академия архитектуры и строительных наук (РААСН)

Правительство Омской области

Администрация г. Омска

Научно-производственное объединение «Мостовик»

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)»

МАТЕРИАЛЫ Международного конгресса ФГБОУ ВПО «СибАДИ»

Архитектура. Строительство.

Транспорт. Технологии. Инновации КНИГА 1 Омск 2013 УДК 72:69:625.7:656:001.895 ББК 85.11:39.311:38:39:30.9 М 35 Архитектура. Строительство. Транспорт. Технологии. Инновации:

матер. Международного конгресса – Омск: СибАДИ, 2013. Кн. 1 – 293 с.

ISBN 978-5-93204-662- Печать статей произведена с оригиналов, подготовленных авторами.

Рецензирование статей проводилось руководителями секций конференции.

Редакционный совет:

В. Ю. Кирничный, д-р экон. наук (председатель) В. В. Бирюков, д-р экон. наук, профессор (сопредседатель) Ю. Е. Пономаренко, д-р техн. наук В. С. Щербаков, д-р техн. наук, профессор Н. С. Галдин, д-р техн. наук, профессор А. И. Демиденко, канд. техн. наук, профессор А. А. Соловьев, канд. физ-мат. наук, профессор Компьютерная верстка:

Е. Р. Ищак, начальник патентно-информационного отдела © ФГБОУ ВПО «СибАДИ», 67-Я НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «ТЕОРИЯ, МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МАШИН И ПРОЦЕССОВ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ», ПОСВЯЩЕННАЯ 100-ЛЕТИЮ СО ДНЯ РОЖДЕНИЯ ЗАСЛ. ДЕЯТЕЛЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ РСФСР, Д-РА ТЕХН. НАУК, ПРОФЕССОРА Т.В. АЛЕКСЕЕВОЙ (с международным участием) СЕКЦИЯ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРОПРИВОДОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ, ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНЫХ И ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН УДК 625. НАУЧНАЯ ШКОЛА ЗАСЛУЖЕННОГО ДЕЯТЕЛЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ РСФСР, ДОКТОРА ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК, ПРОФЕССОРА Т.В.АЛЕКСЕЕВОЙ (К 100-ЛЕТИЮ СО ДНЯ РОЖДЕНИЯ) В.С. Щербаков, д-р техн. наук, профессор;

Н.С. Галдин, д-р техн. наук, профессор Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия Аннотация. Жизнь Тамары Васильевны Алексеевой есть блестящий пример того, какую огромную пользу приносит людям человек-труженник.

Ключевые слова: Алексеева Т.В., гидропривод, научная школа.



Тамара Васильевна Алексеева родилась октября 1913 года в городе Яранске Вятской гу бернии (Кировской области) в семье учителя.

Учиться начала в 1921 году в городе Хабаров ске. Окончила среднюю школу в городе Омске в марте 1930 года.

В январе 1932 года Тамара Васильевна бы ла принята в число студентов Сибирского авто мобильно-дорожного института, который окон чила с отличием в декабре 1936 года и получила диплом инженера-механика.

История СибАДИ началась в 1930 году.

Тамара Васильевна Алексеева – выпускница отличница СибАДИ 1936 года, ставшая впо следствии доктором технических наук, профес сором, первым заведующим кафедрой «ПТТМ и гидропривод», заслуженным деятелем науки и техники РСФСР [1 – 4].

В октябре 1947 года после сдачи конкурсных экзаменов Т. В.Алексеева была зачислена в аспирантуру кафедры "Дорожные и строительные машины" СибАДИ к профессору, доктору технических наук А.И.Анохину.

После окончания аспирантуры в ноябре 1950 года Т.В.Алексеева была оставлена на кафедре "Дорожные и строительные машины" и работала пре подавателем.

Кандидатскую диссертацию на тему "Обоснование выбора параметров и типов насосов для скреперов и бульдозеров" Т.В. Алексеева защитила 18 октября 1951 года в Совете Московского автомобильно-дорожного института (МАДИ).

Первые аспиранты СибАДИ. Слева направо: Ю.О.Мельников, К.А.Артемьев, Т.В.Алексеева, И.П.Керов, Н.Н.Чудновский, Ю.Н.Кузницын.

Октябрь 1950 года Докторскую диссертацию Тамара Васильевна защитила 26 декабря года в МАДИ на тему "Научно-технические основы использования объемно го гидропривода для регулирования процесса копания землеройных машин".

Ученое звание профессора было присвоено в 1968 году.

В 1966 году Т.В.Алексеева была избрана по конкурсу на должность за ведующей вновь образованной кафедры "Электротехника и автоматизация производства", а позднее, с образованием в 1969 году кафедры "Подъемно транспортные, тяговые машины " - стала заведующей этой кафедрой, позд нее кафедра стала называться "ПТТМ и гидропривод". С 1966 по 1977 годы Тамара Васильевна была проректором по научной работе СибАДИ.

Указом Президиума Верховного Совета РСФСР в январе 1975 года про фессору Т.В.Алексеевой присвоено почетное звание "Заслуженный деятель науки и техники РСФСР".

С сентября 1987 года до последнего дня жизни (умерла Тамара Василь евна 19 января 1990 года) Алексеева Тамара Васильевна работала профессо ром кафедры "ПТТМ и гидропривод", отдавая все свои знания, опыт студен там и ученикам, помогая им стать настоящими специалистами.

Работая проректором по научной работе и заведующей кафедрой, Т.В.Алексеева показала себя талантливым организатором, умеющим воспи тывать молодых ученых, объединять их в творческий коллектив и нацеливать на решение актуальных научных проблем.

Тамара Васильевна с аспирантами кафедры Как проректор по научной работе и заведующая кафедрой Т.В.Алексеева внесла значительный вклад в развитие института, особенно в расширение под готовки кадров высшей квалификации: на 8-ми кафедрах была открыта аспи рантура, организован регулярный выпуск сборников трудов института, укреп лялись связи с производством, осваивались новые методы исследований.





На кафедре "ПТТМ и гидропривод" сформировалась научная школа профессора Т.В.Алексеевой с перспективным научным направлением - "Тео рия, проектирование, совершенствование гидропривода и систем управления дорожно-строительных машин (ДСМ)", которое включает решение следую щих проблем:

- разработка и совершенствование средств диагностирования объемного гидропривода ДСМ;

- разработка и совершенствование мембранной гидроаппаратуры и уп лотнений гидравлических устройств;

- разработка гидравлических систем управления ДСМ;

- разработка закрытых гидросистем ДСМ;

- разработка теории, проектирование гидроимпульсных средств механи зации;

- разработка систем предотвращения потерь рабочей жидкости из гид росистем ДСМ;

- разработка систем рулевого управления ДСМ;

- разработка и совершенствование погрузочных и строительных мани пуляторов.

Вся научная деятельность Т.В.Алексеевой была посвящена исследова нию и совершенствованию гидравлических приводов строительных и дорож ных машин.

Подъем в научно-исследовательской работе на кафедре "ПТТМ и гидро привод" пришелся на середину 70-х - начало 80- х годов прошлого века, ко гда ежегодно защищалось на кафедре до 4...5 кандидатских диссертаций, из давались ежегодно межвузовские сборники научных трудов (всего вышло сборников), публиковались научные статьи, подавались заявки на изобрете ния, создавались экспериментальные и опытные образцы новых типов раз личных приборов, перспективного гидрооборудования и гидравлических систем управления дорожно-строительных машин.

В лаборатории гидропривода К таким образцам новой техники относятся: закрытая гидросистема экс каватора (разработчик Ю.В.Ремизович);

стенды для испытания гидромолотов различных типов;

гидравлические системы управления ДСМ (разработчики В.С.Щербаков, Гольчанский М.А., Калугин В.Е., Раац В.Ф., Байкалов В.А., Бирюков С.Т., В.А.Палеев, Княжев Ю.М. и др.);

гидроимпульсные средства механизации (разработчики Э.Б.Шерман, С.П.Лупинос, Н.С.Галдин, А.А.Гришакин, И.М.Мурсеев, В.П.Радищев, В.В.Исаенко и др.): гидроудар ные устройства для разрушения мерзлых грунтов (гидромолот и ковш экска ватора с активными зубьями), гидротрамбовка к экскаватору для уплотнения грунта в стесненных условиях, гидравлический пробойник для проходки скважин в грунте, гидравлический ручной лом, гидравлический вибратор;

средства технической диагностики гидроприводов ДСМ (разработчики С.В.Колосов, Н.П.Федорченко, В.М.Мелешко и др.);

и многие другие образ цы новой техники.

Гидроударное устройство Гидротрамбовка Тамара Васильевна работала очень плодотворно, используя свой опыт и знания для совершенствования учебного процесса, привлечения к научной работе студентов, подготовки инженеров-механиков, специалистов, научной смены, преподавателей и организации научных исследований на кафедре и в институте.

Под руководством Тамары Васильевны защищено более 70 кандидат ских диссертаций, а 6 ее учеников стали впоследствии докторами техниче ских наук, профессорами (В.Ф.Амельченко, Ю.М.Княжев, В.С.Щербаков, Н.С.Галдин, Г.Г.Воскресенский (Тихоокеанский государственный универси тет, г. Хабаровск), Шлыков В.Н. (ТГАСУ, г. Томск)).

Тамара Васильевна является автором более 120 опубликованных работ, среди которых учебники, монография, учебные пособия по гидромашинам и гидроприводу, 22 авторских свидетельства на изобретения.

Тамара Васильевна Алексеева являлась создателем и научным руководи телем научно -технической программы "Гидропривод" Минвуза РСФСР, отрас левой лаборатории гидроприводов Минстройдормаша СССР, участником меж дународных, всесоюзных, республиканских конференций и симпозиумов.

Среди трудов Тамары Васильевны можно назвать монографию "Гидро привод и гидропневмоавтоматика землеройно-транспортных машин" (М.:

Машиностроение, 1966.- 148 с.), учебники (в соавторстве) "Дорожные маши ны. Часть 1. Машины для земляных работ" (М.: Машиностроенние, 1972. 504 с.), "Дорожные машины. Часть П. Машины для устройства дорожных по крытий" (М.: Машиностроение, 1982.- 396 с.), книгу (в соавторстве) "Техни ческая диагностика гидравлических приводов" (М.: Машиностроение, 1989. 264 с.) и другие.

Ручной гидролом Закрытая гидросистема экскаватора Профессор Т.В.Алексеева являлась членом специализированных советов по присуждению ученых степеней докторов и кандидатов технических наук ( ИГД СО АН СССР, СибАДИ, ОмПИ, ОМИИТ и др).

Педагогическую, научную работу Тамара Васильевна успешно сочетала с большой общественной работой. Активно участвовала в жизни института, города, области.

Имя Тамары Васильевны Алексеевой золотыми буквами вписано в исто рию развития нашего вуза. Решением ученого совета академии утверждены стипендий имени Т.В.Алексеевой для лучших студентов.

Заслуги Т.В.Алексеевой отмечены высокими правительственными награ дами: орденом Дружбы народов, двумя орденами "Знак Почета", медалями.

Библиографический список 1. Избранные статьи Т.В.Алексеевой по гидроприводу и краткая история кафедры «ПТТМ и гидропривод» /Сост. Н.С.Галдин. – Оиск: Изд-во СибАДИ, 1998. – 136 с.

2. Очерки истории СибАДИ /А.Г.Заподовникова, А.Д.Колесников, В.Д.Полканов, Н.Г.Якушина;

Под ред. Н.Г.Якушиной. – Омск: Изд-во СибАДИ, 2000. – 304 с.

3. Факультет «Дорожные машины» СибАДИ. – Омск: Изд-во СибАДИ, 2000. – 234 с.

4. История Сибирской автомобильно-дорожной академии (СибАДИ) /Н.В.Кабакова, О.С.Охтень, Н.Г.Якушина;

Под ред. Н.Г.Якушиной. – Омск: Изд-во СибАДИ, 2005. – 302 с.

УДК 621. МЕТОДИКА И ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ ГИДРОМЕХАНИЗМОВ КРАНА-МАНИПУЛЯТОРА ДЛЯ ГРУЗОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ В.В. Дегтярь, зав. кафедрой Филиал Военного учебно-научного центра сухопутных войск «Общевойсковая академия Вооруженных сил Российской Федерации»

Аннотация. Выполнены исследования, разработана методика и алгоритм проектирования гидромеханизмов стрелы на примере крана-манипулятора, которая может использоваться в общем случае при проектировании гидроме ханизмов любых машин, использующих силовые гидроцилиндры. Методика позволяет установить связь геометрических и силовых параметров и выбрать рациональную конструкцию гидромеханизмов по заданным критериям.

Ключевые слова: Кран-манипулятор, грузоподъемность, грузовой мо мент, гидроцилиндр стрелы, проектирование гидромеханизмов.

Бортовые краны-манипуляторы, базирующиеся на грузовых автомоби лях, являются сравнительно новым видом мобильной техники, которые при меняются для выполнения погрузочно-транспортных работ вместо специаль ных кранов, имеющих большую массу и стоимость (рисунок 1).

Рисунок 1. Общий вид крана-манипулятора Применение кранов-манипуляторов позволяет решить в строительстве задачу создания дополнительных механизированных рабочих мест [1,2].

Большое разнообразие конструкций кранов-манипуляторов обусловлено громадным разнообразием технологий строительных работ, связанных с пе ремещением и монтажом конструкций, а также доставкой, укладкой мате риалов и сыпучих грузов.

Базовой машиной крана-манипулятора является грузовой автомобиль 1, на шасси которого монтируется поворотная колонна 3, которая обеспечивает вращение стрелы с грузом, стрела обычно выполняется составной из трех ос новных секций (см. рисунок 1): основная секция стрелы 4 закреплена шар нирно на поворотной колонне 3;

средняя секция 5 стрелы шарнирно соедине на с третьей выдвижной телескопической секцией стрелы, содержащей зве нья 6, 7. Основными параметрами крана-манипулятора являются: М – грузо вой момент, кНм;

Q – максимальная грузоподъемность, т;

L – максимальный вылет стрелы, м;

H – максимальная высота подъема груза и др. К кранам манипуляторам предъявляются специфические требования, формирующие минимальную стоимость и высокие потребительские качества. Стоимость крана-манипулятора зависит от сложности конструкции и надежности рабо ты основных механизмов в течение всего периода эксплуатации. К кранам манипуляторам предъявляются специфические требования, формирующие минимальную стоимость и высокие потребительские качества.

Рисунок 2. Расчетная схема проектирования первого гидромеханизма стрелы крана-манипулятора Наиболее напряженными силовыми механизмами крана-манипулятора являются поршневые гидроцилиндры 8, 9 поступательного действия, осуще ствляющие перемещение стрелы с грузом в вертикальной плоскости (см. ри сунок 1). Несмотря на простую конструкцию крана-манипулятора, режим ра боты гидроцилиндра стрелы характеризуется многими взаимосвязанными параметрами. Эксплуатационная надежность крана-манипулятора зависит от правильного выбора при проектировании расчетных нагрузок и геометриче ских параметров.

На рисунке 2 представлены основные параметры гидромеханизма управления первой секцией стрелы ОА: Lс – длина первой основной секции стрелы, Lс ОА ;

lс – отрезок стрелы, равный расстоянию от шарнира О до шарнира В соединения стрелы со штоком, lс ОВ ;

min, max – минималь ный и максимальный углы стрелы относительно горизонтального положения;

r – радиус окружности с центром в шарнире О стрелы, равный плечу h гид роцилиндра стрелы, r h.

На рисунке 2 заданы одинаковые плечи h для нижнего и верхнего поло жений стрелы в виде одной окружности радиуса r h.

Для анализа параметров и их взаимосвязей обратимся к таблице 1 пара метров гидроцилиндров кранов-манипуляторов.

Таблица Основные геометрические параметры размерного ряда унифицированных гидроцилиндров гидромеханизмов кранов-манипуляторов Длина Геометри- Максималь г/цилиндра, Диаметр, мм Плечо гидроцилиндра, м Ход ная сила ческий мм пор- Т (кН) на коэф-нт поршне при первого, при второго, при шня L пор- Lmin Lmax К L min М Р1 122,65 М Р 2 66, штока S, мм давлении Lmax шеня р=21,54 МПа кНм кНм 1 2 3 4 5 6 7 8 50 500 703 1203 0,58 42,3 2,900 1, 60 500 744 1244 0,60 60,9 2,014 1, 70 32 710 954 1664 0,57 82,9 1,479 0, 80 1000 1279 2279 0,56 108,2 1,134 0, 100 710 1059 1769 0,60 169,2 0,725 0, 125 1250 1686 2936 0,57 264,3 0,464 0, 140 60 1000 1489 2489 0,60 331,5 0,370 0, 160 900 1458 2358 0,62 433,1 0,283 0, 180 1800 2259 4059 0,56 548,1 0,224 0, 200 1800 2310 4110 0,56 676,6 0,181 0, 220 1600 2161 3761 0,58 818,8 0,150 0, 250 1400 2037 3437 0,59 1057,3 0,116 0, 280 2240 2953 5193 0,57 1326,2 0,092 0, 320 1800 2815 4615 0,61 1732,2 0,071 0, Минимальный размер гидроцилиндра Lmin (рисунок 3) при максимально вдвинутом штоке равен расстоянию между центрами проушин корпуса гид роцилиндра и штока L min L1 S L 2, (1) где S – ход поршня;

L1, L2 – линейные размеры, связанные с подсоеди нением к цилиндру проушин, днища и крышки гидроцилиндра.

Максимальный размер гидроцилиндра Lmax при полностью выдвинутом штоке определяется по формуле L max L min S L1 2S L 2. (2) Рисунок 3. Линейные параметры гидроцилиндра стрелы В таблице 1 величины Lmin и Lmax определены по формулам (1) и (2) для типовых гидроцилиндров с использованием чертежей [2].

Относительным параметром гидромеханизма, характеризующим его ус тойчивость при максимальной длине и расчетной нагрузке, является безраз мерный коэффициент К L Lmin Lmax. (3) Среднее значение коэффициента К L по данным таблицы 1 составило K L 0,58 для существующих гидроцилиндров. Основными параметрами гидромеханизма являются углы стрелы min, max и плечи гидроцилиндра в нижнем h1 и верхнем h2 положениях стрелы.

На рисунке 2 плечо h гидроцилиндра в горизонтальном положении стрелы показано в виде пунктирной окружности радиуса R, равной R h, где h – максимальное плечо при горизонтальном положении стрелы.

Разработана методика расчета основных параметров гидромеханизма, которая устанавливает связь геометрических и силовых параметров гидроме ханизма стрелы на примере крана-манипулятора.

Для решения поставленной задачи предварительно определяется вели чина расчетного статического давления путем задания номинального давле ния рН гидросистемы и коэффициента динамичности К д [3]. Динамические нагрузки возникают в гидромеханизме крана в начале движения и в момент прекращения движения поршня, т.е. при включении и выключении золотника распределителя.

Рабочее давление р в гидросистеме не должно превышать номинальное давление рН, которое равно сумме статического рСТ и динамического давле ний рд гидросистемы [3] р рСТ рд рН. (4) Статическое расчетное давление рСТ в гидросистеме можно определить путем использования коэффициента динамичности [3] р К д Н К д.доп. (5) рСТ Учитывая стационарный режим работы крана-манипулятора на допол нительных опорах коэффициент динамичности можно принимать К д.доп 1, [2], поэтому статическое расчетное давление рСТ в гидросистеме можно оп ределять по формуле (5). При соблюдении условия (4) фирмы изготовители гидроцилиндров, насосов и гидроагрегатов гарантируют ресурс и надежную работу гидравлических агрегатов.

В таблице 1 принято номинальное давление рН 28 МПа, при этом мак симальное расчетное давление по формуле (4) составило рСТ 21,54 МПа.

Усилие в гидроцилиндрах стрелы (см. таблицу 1) определяется по формуле D p СТ, (6) Т где D – диаметр гидроцилиндра стрелы.

В предлагаемой статье для крана-манипулятора на базовом шасси авто мобиля УРАЛ выполнен пример проектирования двух гидромеханизмов стрелы. Первый основной гидромеханизм 8 привода первой секции стрелы (см. рисунок 1), второй гидромеханизм 9, показанный на рисунке 4 осущест вляет привод второй секции стрелы.

Рисунок 4. Расчетная схема проектирования гидромеханизма привода второй секции стрелы крана-манипулятора Предварительное определение плеча гидромеханизма по методике рас чета осуществляется по величине расчетного момента М Р по формуле М Р М М (G ), (7) где М – грузовой момент крана;

М (G ) – момент от сил тяжести для конкретного вылета стрелы.

Для максимального вылета и минимальной грузоподъемности момент сил тяжести элементов стрелы (см. рисунок 1) М (G ) g mi li, (8) где mi, li – массы и плечи центров масс элементов стрелы.

Для крана-манипуля-тора (см. рисунок 1) по формуле (7) определим расчетный момент первого гидромеханизма М Р1 98,1 24,55 122,65 кНм.

Плечо h гидроцилиндра определяется по формуле М h Р. (9) Т Из таблицы 1 видим, что для цилиндра с диаметром D=140 мм и D= мм имеем приемлемые для реализации плечи гидроцилиндра, соответственно h r 0,37 м или 0,283 м (столбец 8).

Задача проектирования гидромеханизма крана-манипулятора сводится к определению положения шарнира О1 крепления гидроцилиндра на поворот ной колонне. Алгоритм определения координат точки О1 реализуется опре делением точки пересечением двух касательных М 1 В1 и М 2 В2 к окружности радиуса r, что обеспечивает в данном случае одинаковые плечи в нижнем и верхнем положениях стрелы.

D= Для первого значения диаметра мм, имеем ( д) К L Lmin Lmax 0,56 при ходе поршня S=760 мм. Для второго диаметра D=160 мм, lc 1,4 м имеем К L ) 0,63 при ходе поршня S=610 мм.

(д Таким образом, наиболее предпочтительным является второй вариант проектирования гидромеханизма с параметрами К L ) 0,63 и S=610 мм.

(д Для второго гидромеханизма (см. рисунок 4), обеспечивающего движе ние второй секции стрелы относительно первой, режим работы оказывается более напряженным в связи с большим относительным углом раскрытия min max 135 о.

Грузовой момент второго цилиндра значительно меньше и определяет ся по формуле М Qmin gLmax, (10) где Qmin – минимальная грузоподъемность при максимальном вылете стрелы;

Lmax – максимальный вылет второй секции стрелы, равный расстоянию от грузового крюка до шарнира, соединяющего вторую секцию стрелы с пер вой секцией.

В данном случае для рисунка 4 расчетный момент с использованием формул (7), (8), (10) равен М Р 2 58,71 8,17 66,88 кНм.

Для выбора параметров гидромеханизма также рассмотрим два варианта расчета, используя таблицу 1 и рисунок 4.

По таблице 1 подходящими для реализации являются диаметры цилинд ра D=125 мм и 140 мм, которым соответствуют силовые плечи h=0,253 м и h=0,202 м (столбец 9). Для длины lc 1,4 м по методике имеем для цилиндра D=0,125 м значения длин гидроцилиндра Lmin 940 мм, Lmax 1830 мм, для которых S=890 мм, а коэффициент К L ) 0,51. Такое значение коэффициента (д К L ) является не приемлемым для реализации (см. таблицу 1, столбец 6).

(д Поэтому рассмотрим второй вариант проектирования для диаметра D=140 мм, при котором плечо r h =0,202 м, длина lc 1,6 м. По методике (см. рисунок 4) определяем Lmin 1220 мм, Lmax 2070 мм, ход поршня S=850 мм, K L 0,59. Такие значения параметров гидромеханизма являются рациональными и могут быть рекомендованы к реализации.

Библиографический список 1. Строительные машины: справочник: в 2 т. Т.1. Машины для строительства промыш ленных, гражданских сооружений и дорог /А.В. Раннев, В.Ф. Корелин, А.В. Жаворонков и др.;

под общ. ред. Э.Н. Кузина. – М.: Машиностроение, 1991. – 496 с.

2. Рось Я.В. Автокраны с объемным гидроприводом /Я.В. Рось. – Киев: Техника, 1978. – 128 с.

3. Бояркина И.В. Технологическая механика одноковшовых фронтальных погрузчиков:

монография /И.В. Бояркина. – Омск: СибАДИ, 2011. – 336 с.

4. Зайцев Л.В. Автомобильные краны/Л.В. Зайцев, М.Д. Полосин.– М.: Высш. школа, 1987. – 208 с.

5. Епифанов С.П. Пневмоколесные и гусеничные краны/С.П. Епифанов, В.И. Поляков.– М.: Высш. школа, 1985. – 312 с.

УДК 621. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ КРАНОВ-МАНИПУЛЯТОРОВ НА ГРУЗОВЫХ АВТОМОБИЛЯХ В.В. Дегтярь, зав. кафедрой Филиал Военного учебно-научного центра сухопутных войск «Общевойсковая академия Вооруженных сил Российской Федерации»

Аннотация. Рассмотрены направления развития кранов-манипуляторов на грузовых автомобилях. Показано изменение параметров кранов манипуляторов и тенденции их развития в России и за рубежом.

Ключевые слова: Кран-манипулятор, грузоподъемность, грузовой мо мент, вылет стрелы, высота подъема.

Современные грузовые автомобили являются базой для создания кра нов-манипуляторов. Широкая популярность этого сравнительно нового вида техники обусловлена большим разнообразием технологий и видов выпол няемых работ на транспорте, строительстве, сельском хозяйстве и других об ластях.

Применение кранов-манипуляторов позволяет решить в строительстве важную задачу создания дополнительных механизированных рабочих мест.

Российские заводы наращивают объемы выпуска кранов-манипуляторов [1].

Накоплен достаточный объем технической информации, позволяющий вы явить некоторые тенденции и особенности применения кранов манипуляторов в строительстве и на транспорте.

Основными параметрами крана-манипулятора, определяющими его мас сово-габаритные и технико-экономические показатели являются: номиналь ная грузоподъемность Q (т), грузовой момент М (кНм), вылет стрелы L (м), высота подъема груза Н (м), масса кранового оборудования m K (кг) и др.

Сформировался ряд кранов-манипуляторов, выпускаемых Российскими и зарубежными производителями. По величине грузового момента современ ные краны-манипуляторы можно разделить условно на три основные группы:

1 – краны-манипуляторы грузоподъемностью порядка 2 т с грузовым момен том М 65 70 кНм;

2 – краны-манипуляторы грузоподъемностью порядка 3 т с грузовым моментом М 90 100 кНм;

3 – краны-манипуляторы грузо подъемностью более 4 т с грузовым моментом М 129 140 кНм.

К кранам-манипуляторам предъявляются специфические требования, формирующие минимальную стоимость и высокие потребительские качест ва. Эффективность работы крана-манипулятора зависит от сложности конст рукции и надежности работы основных механизмов в течение всего периода эксплуатации.

На рисунке 1 приведена типовая конструкция крана-манипулятора на автомобиле УРАЛ.

Кран смонтирован на автомобиле между кабиной и кузовом. Существу ют конструкции бортовых кранов, которые устанавливаются в любом месте автомобиля (в середине кузова, сзади и т.п.). Силовое оборудование крана манипулятора состоит из поворотной колонны 3 с гидроцилиндром 8;

со ставной стрелы, содержащей, как правило, три секции. Основная первая сек ция 4 стрелы шарнирно соединена со средней секцией 5 стрелы, с которой связана ее третья телескопическая секция, содержащая звенья 6, 7 стрелы.

Механизм поворота стрелы крана с грузом может быть реечным или винто вым. Перспективными для кранов-манипуляторов являются механизмы по ворота с червячным редуктором и гидромотором, не имеющие ограничений на величину угла поворота стрелы крана.

Рисунок 1. Общий вид крана-манипулятора общего назначения в рабочем положении при максимальном вылете стрелы На рисунке 2 показан кран-манипулятор, который может поднимать гру зы из глубоких колодцев и котлованов, для этого крановое оборудование отодвинуто от кабины и снабжено крюковой обоймой 6 на канатном поли спасте и грузовой лебедкой 9.

Для современных кранов-манипуляторов грузоподъемность крана Q (т) рассматривается как максимальная Qmax и минимальная Qmin, при мини мальном Lmin и максимальном Lmax вылетах стрелы.

В таблице 1 приведены параметры кранов-манипуляторов, которые вы пускаются в настоящее время [1], выпущены в 90-е годы [2] и 80-е годы [3].

Из таблицы 1 видно, что за последние 30 лет произошло увеличение максимальной и минимальной грузоподъемностей кранов-манипуляторов.

Рисунок 2. Общий вид крана-манипулятора для выполнения специальных видов работ Таблица Характеристики бортовых кранов-манипуляторов Грузоподъем- Масса крано Вылет Грузовой ность, т вого оборудо стрелы Кран-манипулятор момент вания mК, кг Lmax, м Qmax Qmin М, кНм 4030 П 0,5 0,5 3,6 17,65 4901 0,61 0,61 5,0 29,92 5912 1,0 1,0 5,0 49,05 4903 2,5 1,0 4,5 44,14 МКС-4531 2,5 1,22 2,72 67,0 ЛВ-184А-10 2.4 0,95 7,4 70,0 ОМЛТ-70-20 (ООО «Велмаш 2,1 0,96 7,3 70,0 С») СФ-65 (ОАО «Соломбальский 2,0 0,895 7,1 65,0 маш. завод») Е 65L (Epsilon), Австрия 2,5 0,89 7,6 65,0 2006 (Kesla) Финляндия 2,2 0,91 7,0 65,0 ЛВ-185-14 3,0 1,15 7,8 90,0 ЛВ-185-16 3,3 1,307 7,8 100,0 ОМЛТ-97 (ООО «Велмаш-С») 3,17 1,27 7,3 97,0 М-100L-80 (Epsilon) 3,23 1,19 8,0 97,0 F-96S (Lоglift, Швеция) 3,1 1,22 7,9 95 2009 (Kesla) 3,1 1,18 8,02 93 УРАЛ 3,33 1,33 7,5 981 При этом наблюдается тенденция увеличения вылета стрелы, с целью увеличения высоты подъема груза и радиуса действия крана. Происходит увеличение грузового момента и массы кранового оборудования. Массовые характеристики крана удобно связывать с грузоподъемностью, вылетом и грузовым моментом крана.

На рисунке 3 установлена зависимость грузоподъемности Q от грузово го момента крана М, где определенному значению грузового момента для конкретного крана соответствуют две предельные грузоподъемности Qmax, Qmin.

На рисунке 4 представлена зависимость массы m К кранового оборудо вания крана-манипулятора от вылета стрелы L.

Рисунок 3. Зависимость грузоподъемности крана-манипулятора от грузового Рисунок 4. Зависимость массы кранового момента М: 1 – Qmax ;

2 – Qmin оборудования от вылета стрелы Уравнение регрессии этих параметров имеет низкий коэффициент кор реляции R 2 =0,33. Это означает, что масса кранового оборудования m К кра на-манипулятора зависит, главным образом, от других параметров: грузо подъемности и грузового момента.

На рисунке 5 представлена зависимость массы кранового оборудования m К от грузоподъемности Q крана.

mK, кг 80 М, кНМ 0 20 40 Рисунок 5. Зависимость массы кранового Рисунок 6. Зависимость массы оборудования mК от грузоподъемности Q:

крана от грузового момента 1 – Qmax ;

2 – Qmin Для оценки технического уровня используют показатель – удельная ме таллоемкость крана-манипулятора [4]:

mK m ;

(Q min ) K.

(Q max ) Q max Q min С помощью рисунка 5 установлено, что удельная металлоемкость для максимальной грузоподъемности изменяется в пределах (Q max ) 2600 кг/т при увеличении грузоподъемности. В этом случае наблюдается тенден ция к уменьшению удельной металлоемкости. Однако, для минимальной гру зоподъемности показатель (Q min ) является постоянной величиной (Qmin ) 1660 кг/т. Физическая сущность коэффициента (Qmin ) есть тан генс угла наклона линии 1 на рисунке 5.

На рисунке 6 представлена зависимость массы m К кранового оборудо вания от грузового момента М, уравнение регрессии которой имеет вид m К 14,455 М 769,73. (1) Особенность процесса проектирования крана-манипулятора состоит в том, что исходными параметрами для проектирования являются грузоподъ емность и грузовой момент.

Однако грузовой момент М крана-манипулятора не является парамет ром, который непосредственно можно использовать для выполнения расче тов каких-либо механизмов крана. Это обусловлено тем, что действительный (расчетный) грузовой момент М Р крана-манипулятора представляет собой сумму моментов от величины грузоподъемности и моментов от сил тяжести масс всех элементов стрелы относительно шарнира стрелы.

Для определения расчетного момента М Р на стреле крана-манипулятора сначала определяется масса m К кранового оборудования по формуле (1). Для крана-манипулятора УРАЛ грузовой момент М=98,1 кНм, масса кранового оборудования m К =2188 кг.

С помощью таблицы 2 можно установить ориентировочное распределе ние массы кранового оборудования mК по конкретным элементам конструк ции и механизмам [3].

Таблица Долевое распределение массы кранового оборудования Коэффициент пропорциональности массы Элемент крана-манипулятора элементов крана-манипулятора от массы крана mК Стрела 0, Гидроцилиндры 0, Рама 0, Кронштейн стрелы 0, Механизм поворота 0, Выносные опоры 0, Трубопроводы 0, Гидрооборудование 0, Прочие элементы 0, Согласно данным (см. таблицу 2) масса стрелы mС с гидроцилиндрами составляет долю 0,345 от массы m К кранового оборудования. Для крана манипулятора УРАЛ масса стрелы с гидроцилиндрами mС =755 кг. Далее массу стрелы mС необходимо распределить на четыре отдельные массы, пропорционально боковым поверхностям секций стрелы (см. рисунок 1).

Указанные площади образуют долевую пропорцию.

После распределения массы стрелы mС по элементам (секциям стрелы) определяют дополнительный момент от сил тяжести M (G) mili g, (2) где mi, li – соответственно массы отдельных секций стрелы и их расстояния от шарнира стрелы на колонне до центров масс элементов стрелы.

Расчетный момент стрелы определяется по формуле М Р М M (G ). (3) Расчетный момент крана-манипулятора зависит от грузового момента М и от момента сил тяжести стрелы M (G ). Величина дополнительного момен та M (G ) от сил тяжести отдельных масс стрелы составляет примерно 20 % от величины грузового момента М.

Из таблицы 1 видно, что к настоящему времени в основном сформиро вались предельные значения основных параметров кранов-манипуляторов.

Основными направлениями дальнейшего развития кранов манипуляторов являются: совершенствование конструкции кранов, улучше ние удельных показателей (металлоемкости, энергозатрат, стоимости), со вершенствование гидропривода на основе выбора номинального давления гидросистемы 25 32 МПа, применение легированных сталей, полученных на основе нанотехнологий для уменьшения массы кранового оборудования;

улучшение энергономических показателей кранов.

Библиографический список 1. Смыков А.А. Повышение эффективности применения гидроманипуляторов ОАО «ММЗ»для лесохозяйственных и лесозаготовительных работ /А.А. Смыков//Строительные и дорожные машины.–2013. –№1. –С.11–15.

2. Строительные машины: справочник: в 2 т. Т.1. Машины для строительства промыш ленных, гражданских сооружений и дорог /А.В. Раннев, В.Ф. Корелин, А.В. Жаворонков и др.;

под общ. ред. Э.Н. Кузина. – М.: Машиностроение, 1991. – 496 с.

3. Рось Я.В. Автокраны с объемным гидроприводом /Я.В. Рось. – Киев: Техника, 1978. – 128 с.

4. Бояркина И.В. Технологическая механика одноковшовых фронтальных погрузчиков:

монография /И.В. Бояркина. – Омск: СибАДИ, 2011. – 336 с.

УДК 621.87:681. ОСОБЕННОСТИ ДИНАМИКИ МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА ГРУЗА МОСТОВОГО КРАНА С.В. Ерёмина, аспирантка;

О.В. Курбацкая, аспирантка Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия Аннотация. Разработана динамическая модель механизма подъема груза мостового крана с учетом динамических свойств основных элементов грузо подъемной машины.

Ключевые слова: мостовой кран, механизм подъема груза, динамические нагрузки, трехмассовая динамическая модель.

Важным этапом проектирования мостового крана является определение эксплуатационных нагрузок, действующих в основных элементах механиз мов грузоподъемного крана, а также в элементах несущей металлоконструк ции моста. Поэтому выбор таких параметров подъемных механизмов, при которых в их элементах имеют место минимальные динамические нагрузки, является актуальной задачей в процессе проектирования грузоподъемных машин.

Основными функциями мостового крана является подъем и перемеще ние груза в трех взаимно перпендикулярных направлениях и соответственно основным механизмом данной грузоподъемной машины является механизм подъема груза (МПГ). Работа механизма подъема груза характеризуется по стоянными разгонами с ускорением и замедлением, а также торможениями.

При этих кратковременных изменениях скорости, как в элементах механиз ма, так и в узлах металлоконструкций возникают динамические нагрузки, ко торые могут достигать значительной величины и часто являются одной из основных составляющих общей нагрузки.

С позиции динамического расчета грузоподъемный кран является еди ной динамической системой, состоящей из механизмов, несущей металло конструкции, приводов, кранового рельсового пути и строительной части здания, в котором работает кран.

Динамические нагрузки в основных элементах крановых механизмов и металлоконструкциях грузоподъемных машин с достаточной для практики точностью можно рассчитывать при помощи упрощенных расчетных схем с ограниченным числом степеней свободы. Такие приведенные схемы интер претируют работу машины как движение нескольких абсолютно жестких то чечных масс, соединенных упругими невесомыми связями, под действием внешних нагрузок [1,3].

Известно, что при нормальной эксплуатации мостовых кранов наиболь шие динамические нагрузки, действующие на элементы механизма подъема и крановую металлоконструкцию, возникают при пуске двигателя для подъ ема или опускания висящего на канатах груза, при торможении поднимаю щегося или опускающегося груза, при подъеме груза с основания и при его опускании на основание [2]. Исходя их этого, установлено, что наиболее точ но отражающей физический процесс работы мостового крана в реальных ус ловиях моделью является трехмассовая механическая система, в которой учитываются как масса поднимаемого груза и механизма подъема, так и мас са главных балок моста. Таким образом, наиболее точно отражающей дина мику подъема груза мостовым краном моделью является совокупность дис кретной модели моста и двухмассовой модели механизма подъема. Такого рода расчетная схема изображена на рисунке 1.

Рисунок 1. Расчетная динамическая схема МПГ мостового крана Данная расчетная схема служит для определения суммарных усилий во всех канатах подвески груза механизма подъема, а также для определения нагрузок, возникающих в металлоконструкции крана при подъеме груза.

При построении динамической модели приняты следующие обозначе ния: m 0 масса тележки и металлоконструкции моста, приведенная к верти кальному перемещению груза;

m1 масса вращающихся частей механизма подъема, приведенная к поступательному перемещению груза;

m 2 масса груза;

c 2 жесткость моста в месте расположения тележки;

с3 жесткость подъемных канатов;

b 2 коэффициент демпфирования металлических кон струкций моста;

b 3 коэффициент демпфирования подвески груза;

х, х1, х 2 перемещения соответствующих масс;

P движущее или тормозное усилие, приведенное к перемещению груза;

Q вес груза.

Возникающие в процессе рабочего цикла подъема-опускания груза ди намические нагрузки зависят от того, производится ли подъем груза «с веса»

или «с подхватом». В данной работе рассмотрен худший с динамической точки зрения режим нагружения – подъем груза с основания «с подхватом», при расположении грузовой тележки в середине пролета моста.

Процесс формирования динамических нагрузок при подъеме груза с ос нования происходит в две стадии. Сначала груз неподвижно лежит на по верхности (доотрывная стадия), а потом происходят отрыв груза от основа ния и его перемещение вверх (послеотрывная стадия). При переходе от одно го этапа к другому конечные параметры предыдущего этапа будут выступать в качестве начальных параметров последующего этапа.

В доотрывной стадии движение масс описывается системой дифферен циальных уравнений:

m0 S F;

х (1) m11 P S, х где S усилие в подъемных канатах;

F усилие в металлоконструкции крана;

P движущее усилие привода механизма подъема груза.

Усилие, возникающее в металлоконструкции крана, запишется следую щим аналитическим выражением:

F с 2 х b 2 х. (2) Усилие в подъемных канатах имеет вид:

S с 3 х 1 х b 3 х 1 х.

(3) Зависимость 3 можно аппроксимировать двумя отрезками прямых [2]:

с / с н a 0 bS / Sн, (4) где а 0, b постоянные коэффициенты;

S, S текущее и номинальное натяжения канатов;

жесткость канатов при S S.

Подставляя выражение (4) в уравнение (3), получаем:

с н а 0 (х 1 х ) b3 (х 1 х ) S, 1 b с н ( х 1 х ) / Sн (5) Движущая сила электродвигателя при любом значении сопротивления ротора на основании уравнения Клосса имеет вид [1]:

a 1 a 2 х P, а 3 ( а 4 х 1 х 1 ) (6) а ;

а 3 S к2 х с2 х с2 ;

а 4 2 х с, при этом Pк где а1 2 Р к s к х с2 ;

а хс - критические значения движущего усилия, Н;

S к - критические значения скольжения;

хc - синхронная скорость подъема груза, м/с;

0 при работе двигателя на линейной ветви характеристики;

1 при работе двигателя на любой ветви характеристики.

Принимаем, что электродвигатель работает на линейной ветви механи ческой характеристики (производится подъем номинального груза), поэтому 0.

Таким образом, аналитический расчет динамических нагрузок в доот рывной стадии сводится к решению системы уравнений (1), (2), (3), (5) и (6) при следующих начальных условиях:

х t 0 ( x 1 ) t 0 x t 0 0;

( х 1 ) t 0 v 0, где v 0 приведенная окружная скорость вала двигателя при холостом ходе.

Коэффициент жесткости подъемных канатов будем аппроксимировать ступенчато (начальная и конечная величина натяжения канатов). С учетом ступенчатой аппроксимации коэффициента жесткости дифференциальные уравнения движения системы в доотрывной стадии на основании выражений (1), (2), (3) и (6) имеют вид:

m 0 с 2 х b 2 х с 3 (х х 1 ) b 3 (х х 1 ) х (7) a 2 х1 a m 1 х 1 с 3 ( х 1 х ) b 3 ( х 1 х ) а ( а х х 2 ) 3 Динамика исследуемой системы на послеотрывной стадии описывается зависимостями:

m 0 S F;

х m11 P S;

(8) х m S Q.

2х где Q вес поднимаемого груза.

Усилие в металлоконструкции и натяжение канатов определяются вы ражениями:

F с 2 х b2 х ;

S с 3 х 1 х х 2 b 3 х 1 х х 2.

(9) Также отметим, что для этой стадии коэффициент жесткости следует принимать постоянным, а движущее усилие находить по ранее известной формуле (6).

Система уравнений (8), (9) и (6) решается при следующих начальных усло виях (за начало отсчета времени принимается момент отрыва груза от опоры):

х t 0 x отр ;

( х 1 ) t 0 ( x 1 ) отр ;

( х 2 ) t 0 0;

( x 2 ) t 0 0, x t 0 х отр ;

( x 1 ) t 0 ( х 1 ) отр ;

где х отр, ( х 1 ) отр, х отр, ( х 1 ) отр значения соответствующих величин в момент отрыва груза от основания, т.е. при S Q.

Развернутая система дифференциальных уравнений запишется следую щим образом:

m 0 с 2 х b 2 х с 3 (х 2 х 1 х ) b 3 (х 2 х 1 х ) х a 2х1 a (10) m 11 с 3 ( х 1 х х 2 ) b 3 (х 1 х х 2 ) х а 3 ( а 4 х 1 х 1 ) m 2 2 Q с 3 (х 2 х 1 х ) b 3 (х 2 х 1 х ) х Системы полученных дифференциальных уравнений, описывающих движение масс динамической модели, решены численным методом Рунге Кутта четвертого порядка на ЭВМ, с помощью математического пакета MathCAD 14. Результаты исследований процесса подъема груза получены для мостового крана грузоподъемностью 20/5 т и пролетом 28,5 м.

Таким образом, разработанная математическая модель мостового крана по предложенной динамической трехмассовой модели позволяет с высокой точностью рассчитывать нагрузки в металлоконструкции и канатах, переме щения, скорости и ускорения элементов крана и груза при его подъеме и опускании во всех периодах неустановившегося движения с учетом особен ностей каждого из них.

Библиографический список 1. Казак С.А. Динамика мостовых кранов. М.: Машиностроение, 1968. – 332 с.

2. Лобов Н.А. Динамика грузоподъемных кранов. М.: Машиностроение, 1987. – 160 с.: ил.

3. Курсовое проектирование грузоподъемных машин: Учеб. пособие для студентов маши ностр. спец. вузов/С.А. Казак, В.Е. Дусье, Е.С. Кузнецов и др.;

Под ред. С.А. Казака. – М.:

Высш. шк., 1989. – 319 с.: ил.

УДК 621. УСТАНОВЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТЕЙ МЕЖДУ ОСНОВНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ ЭКСКАВАТОРА KOMATSU РС В.В. Савинкин, канд. техн. наук и.о. зав. кафедрой «Транспорт и машиностроение»

Северо-Казахстанский государственный университет им. М. Козыбаева Аннотация. В данной статье исследованы зависимости основных пара метров экскаватора Komatsu РС300 от технологических характеристик. Раз работана таблица значений полезной мощности от размерного ряда ковшей.

Ключевые слова: эффективность, производительность, энергоемкость, полезная мощность.

Актуальность проблемы. Развитие дорожной отрасли - одна из важ ных составляющих экономики Российской Федерации, в значительной сте пени зависит от эффективно функционирующей системы эксплуатации и ре монта, обеспечивающей поддержание средств механизации на высоком уров не работоспособности в течение всего срока их эксплуатации.

Большой объем строительных работ в России и Казахстане производят ся в тяжелых климатических и грунтовых условиях. Среди различных видов строительных работ значительный объем приходится на разработку грунтов.

Широкое применение находят такие универсальные строительные маши ны, как самоходные краны и одноковшовые экскаваторы Komatsu РС300. Кроме того, эти машины, как правило, являются ведущими в комплексах машин при капитальном ремонте и строительстве дорог, промышленных и гражданских объектов и пр.

Необходимость эксплуатации машин в комплексе приводит к тому, что потеря работоспособности одной из машин приведет к нарушению всего тех нологического процесса. Кроме того, взаимодействие узлов и агрегатов ма шин формирует сложную конструктивно-технологическую систему, эффек тивность которой характеризуется несколькими показателями, например, КПД и энергоемкость.

В настоящее время гидрофицированные машины составляют 80% от обще го количества СДМ. Работа гидроприводов СДМ под нагрузкой составляет 85% от общего срока службы. При этом на выполнение наиболее энергоем ких операций приходится следующая часть (см. таблицу 1).

Для СДМ велико число включений в единицу времени основных эле ментов (см. таблицу 1), оказывающих влияние на загрузку гидропривода и характер ее изменения.

Таблица Доля работы гидроприводов СДМ под нагрузкой Показатель экскаваторы бульдозеры скреперы погрузчики краны от 50% от 58% от 56% от 46% около Энергоемкие до 70% до 69% до 70% до 50% 50% операции 1250 1500 1200 900 число вклю чений Таким образом, режимы работы исполнительных механизмов весьма на пряженные [1]. Рабочее оборудование экскаваторов Komatsu РС300, приоб ретающее большие значения моментов инерции при циклическом движении, являются источником динамических нагрузок. Такты рабочего цикла экска ватора Komatsu РС300 обеспечиваются высокой мощностью двигателя и по вышенным расходом топлива. Процесс загрузки ковша характеризуется большими динамическими нагрузками и малым КПД гидропривода. Непол ная загрузка ковша приводит к снижению производительности и эффектив ности экскаватора Komatsu РС300. Повышенные нагрузки на технику уже сточают требования к ее надежности, долговечности с минимизацией затрат на эксплуатационные расходы.

Технологические возможности такой землеройной машины как экскава тора Komatsu РС300 зависят от мощности силовой установки, вида рабочего оборудования, вместимости ковша и системы его привода. В свою очередь, показателями эффективности работы экскаватора Komatsu РС300 будут: про изводительность, КПД гидропривода, затрачиваемая мощность на единицу объема разрабатываемого грунта, экономичность, минимальное время рабо чего цикла (т.к. при исправном гидроприводе на поворот стрелы расходуется до 70% рабочего времени цикла экскаватора Komatsu РС300) и состояние гидропривода. В гидроприводах механическая энергия преобразуется в гид равлическую, в этой форме перемещается, управляется или регулируется, а затем снова преобразуется в механическую энергию.

Большинство землеройных машин устроено и действует по принципу резания грунта, и в процессе работы гидроприводу необходимо преодолевать комплексное сопротивление копанию. При этом на силу резания грунта при ходится наибольшая часть силы копания. Так, у бульдозеров сила резания составляет порядка 60-85 % силы копания, а у экскаваторов Komatsu РС она достигает 74 %. Таким образом, сопротивление резанию грунта преобла дает в составе суммарного рабочего сопротивления землеройных машин. По этому для производства земляных работ целесообразно использовать или преобразовывать кинетическую энергию рабочий жидкости, расходуемую на преодоление сил сопротивления. Один из основных показателей эффектив ности работы гидропривода - его КПД. Рассмотрим функциональную схему гидропривода с учетом основных элементов системы (Рисунок 1).

Рисунок 1. Функциональная структура гидропривода Г.Н. и Г.Д. - гидронасос и гидродвигатель;

Мд и nд - момент и частота вращения вала гид ронасоса;

Qг.н. и рг.н. - подача и давление гидронасоса;

Qг.д. и рг.д. - расход и давление гид родвигателя;

Мг.м. и n г.м. - крутящий момент и частота вращения вала гидромотора;

Rг.ц и Vг.ц - усилие и скорость перемещения штока гидроципиндра;

Nз.н и Nп.н. - затрачиваемая и полезная мощности гидронасоса соответственно;

Nз.г. и Nп.г. - затрачиваемая и полезная мощности гидродвигателя соответственно;

Nз.п и Nп.п. - затрачиваемая и полезная мощно сти гидропривода соответственно;

об и м - объемный и механический КПД гидромашин;

г.н. и г.д. - общий КПД гидронасоса и гидродвигателей;

г.п. - КПД гидропривода Произведение КПД гидромашин, или отношение полезной мощности гидропривода (гидродвигателя) к затрачиваемой мощности гидропривода (насоса), характеризует КПД гидропривода в целом. С целью разработки ме роприятий по повышению эффективности гидропривода, необходимо четко сформулировать критерий оценки и исследовать зависимости между основ ными параметрами экскаватора Komatsu РС300 и его систем.

Эффективность гидропривода более точно характеризует производи тельность Пэ, удельный g и часовой GТ расход топлива и полезная мощность гидропривода Nгп, затрачиваемая на один м3 разрабатываемого грунта.

К основным параметрам экскаватора Komatsu РС300 относятся мощ ность двигателя Ne (полная, полезная), давление рабочего контура гидропри вода Pгп, грузоподъемность Qэ, максимально тяговое усилие трансмиссии Rт и эксплуатационная масса mэ. Приоритетной задачей проектирования являет ся обоснование адекватных соотношений этих параметров с технологиче скими характеристиками. Для модельного ряда экскаватораов от PC35MR- до PC8000-6 получены значения удельных параметров. Установлены зависи мости корреляции грузоподъемности Qэ от мощности гидропривода Nгп и мощности двигателя Ne рисунок 2.

а) мощность гидропривод б) мощность двигателя Рисунок 2. Зависимость грузоподъемности от мощностных характеристик Один из эксплуатационных показателей отражающий работу экскавато ра Komatsu РС300 - это его производительность, зависящая от множества факторов, которые предстоит исследовать. Ниже на рисунке 3 представлены зависимости производительности Пэ от вместимости ковша, от мощности гидропривода Nгп и мощности двигателя Ne.

а) б) Рисунок 3 (а, б). Зависимость производительности от технологических показателей Рисунок 3 (в). Зависимость производительности от технологических показателей Анализируя аппроксимированные зависимости, определена область эф фективного использования мощности гидропривода Nгп=19-21кВт и мощно сти двигателя Ne=174-179кВт. Производительность - показатель комплекс ный, величина которого отражает технологические характеристики экскава тора Komatsu РС300. Грузоподъемность, категория грунта и размерный ряд ковша предопределяют производительность. Зависимость производительно сти экскаватора Komatsu РС300 Пэ от номинальной вместимости ковша VR аппроксимирована выражением и представлена также на рисунке 3. Замет ный рост производительности виден на отметке Пэ =300-325м3/ч при вме стимости ковша VR =2,2-2,5м3 мощности гидропривода Nгп=19кВт и мощно сти двигателя Ne=174кВт.

Обобщая результаты зависимостей, можно отметить, что найдены опти мальные соотношения параметров, обеспечивающих эффективную эксплуа тацию экскаватора Komatsu РС300. Из графиков рисунка 3б и 3в видно, что дальнейшее повышение мощности двигателя и гидропривода не целесооб разно, т.к. производительность снижается при тех же энергетических затра тах. На основании исследования зависимостей предполагается, что при вы боре рациональных режимов работы экскаватора Komatsu РС300 мы обеспе чиваем производительность, соответствующую энергетическим затратам на единицу объема разрабатываемого грунта.

Одним из критериев оценки эффективности экскаватора Komatsu РС выступает усилие копания ковшом. Нагрузочная характеристика гидропри вода выражает зависимость скорости движения выходного звена от нагрузки на нем. При оценке нагрузки выходного звена гидропривода необходимо оп ределить перепад давлений на дросселе. Далее для построения силовой ха рактеристики привода зададимся рядом значений R и из выражения опреде лим РДР. Для этих значений РДР, найдем скорости перемещения штока.

Величину R следует изменять от нуля до максимального значения R max, при котором скорость перемещения штока равна нулю. По данным вычислений строили график П = f(R) (рисунок 4).

Рисунок 4. Нагрузочная характеристика Составляющие нагрузочной характеристики предопределяют режимы работы экскаватора Komatsu РС300 и его производительность. Производи тельность, как эксплуатационный показатель, влияет на другие технологиче ские характеристики расходуемая мощность гидропривода Nгп, двигателя Ne и создаваемое усилие копания ковшом Rк. Сочетание перечисленных факто ров отражают эффективную работу экскаватора, которая оценивается общим КПД гидропривода общ..

Рассмотрим зависимости основных показателей экскаватора Komatsu РС300 мощность гидропривода Nгп и общий КПД гидропривода общ. от уси лия копания ковшом. Из рисунка 5 видно, что усилие копания ковшом воз растает до значений Rк=200-230кН пропорционально мощности гидроприво да Nгп =19-21кВт. В реальных условиях эксплуатации дальнейшее увеличение мощности гидропривода не дает положительного эффекта из-за возрастаю щих сил гидравлического сопротивления и сопротивления при разработке грунта. Зависимость изменения КПД гидропривода общ. от усилия копания ковшом Rк более точно характеризует технологический цикл разработки грунта.

Изменение общ от 0,85 до 0,6 (рисунка 5) описывает внедрение ковша в верхние слои грунта, значения общ от 0,6 до 0,5 характеризует процесс реза ния и отрыва слоя грунта равного вместимости ковша при установившемся усилии копания Rк=170-210кН.

а) от мощности гидропривода б) хода поршня гидроцилиндра в) усилие копания ковшом Рисунок 5. Зависимость КПД от усилия копания Повышение КПД общ от 0,5 до 0,6 происходит за счет снижения значе ний сил сопротивления и описывает процесс выемки грунта, перемещение и выгрузку. Величина общ=0,55 является действительной и сохраняется прак тически во всем технологическом цикле. Таким образом, подтверждается предположение о том, что самый энергоемкий такт цикла – это резание и от рыв грунта. Важным показателем эффективности работы экскаватора Komatsu РС300 служит часовой GТ и удельный g расход топлива, зависи мость которых представлена на рисунке 6.

Анализируя аппроксимированное выражение зависимостей установлен наиболее рациональный расход топлива при сохранении эффективной мощ ности двигателя Ne=175-180кВт и гидропривода Nгп=16-18кВт с заданной производительностью Пэ =300-325м3/ч.

а) двигатель б) гидропривод Рисунок 6 – Зависимость расхода топлива от мощности Результаты исследований подтверждают актуальность согласования технологических и эксплуатационных показателей экскаватора. Для обеспе чения рабочих циклов экскаватора эффективной мощностью необходимо разработать таблицу рациональных сочетаний технологических эксплуатаци онных параметров и размерного ряда ковшей (Таблица 2).

Таблица Соответствие эффективной производительности размерному ряду ковшей Исследования показали, что величина энергоемкости разработки грун тов землеройными машинами зависит не только от физико-механических свойств грунта, но и от конструктивных особенностей гидропривода, приме няемых для выполнения работ.

Доминирующая величина суммарной потери энергии при силах сопро тивления механизмов привода приходится на гидроцилиндры ковша и пово ротную платформу СДМ в процессе резания и торможения при повороте.

Поэтому энергоэффективность гидропривода, как комплексный показатель процесса разработки грунта, зависит не только от начальных параметров гидропривода, но и от изменения их в процессе технологических циклов.

Практика показывает, что при выполнении машиной энергоемких опе раций только 65% затрачиваемой энергии приходится на полезную работу, а все остальное составляют потери. Поэтому потери целесообразно использо вать в технологическом процессе, тем самым создав замкнутый круг преоб разования энергии. Следовательно, важной инженерной задачей стоит ис пользование потерь энергии за счет сил сопротивления. В этой связи, особую актуальность приобретают разработка и научное обоснование новых методик и технических решений, направленных на использование рекуператоров энергии в местах максимальных потерь и сопротивлений машин. Решение данной задачи позволит повысить энергоемкость и эффективность дорожных машин.

Выводы:

- использование 50-60 % полезной мощности гидропривода в технологи ческом процессе свидетельствует о значительном резерве повышения потен циала экскаватора Komatsu РС300;

- полезная мощность (энергия) аргументирует выбор рациональных ре жимов работы экскаватора Komatsu РС300, т.е. обосновывает производи тельность соответствующую энергетическим затратам на единицу объема разрабатываемого грунта;

- с целью обеспечения гидропривода экскаватора Komatsu РС300 полез ной мощностью, разработана таблица рациональных сочетаний технологиче ских параметров и размерного ряда ковшей;

- тенденция развития методов и средств управления гидрофицированы ми машинами обуславливает необходимость в совершенствовании теории и практики эксплуатации гидроприводов СДМ, в том числе, за счет примене ния методов рекуперации энергии гидравлической жидкости, что позволит более качественно использовать потенциал СДМ и повысить основные экс плуатационные показатели для заданного цикла работ.

Библиографический список 1. Дорожно-строительные машины и комплексы / под общ. Ред. Боловнева В.И.;

Омск:

Изд-во СибАДИ, 2001. – 528 с.

2. Герасимов Ю.Ю., Сюнев В.С., Соколов А.П. Оптимизационный расчет параметров гид равлических механизмов привода манипулятора лесной машины. // Строительные и до рожные машины. – 2006. –№12. – Декабрь. – С. 26 – 32.

3. ГОСТ 30067–93 «Экскаваторы одноковшовые универсальные полноповоротные. Общие технические условия».

УДК 621. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ГИДРОМЕХАНИЗМА СТРЕЛЫ КРАНА-МАНИПУЛЯТОРА НА ГРУЗОВОМ АВТОМОБИЛЕ В.Н. Тарасов, д-р техн. наук, профессор;

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ) Аннотация. Разработана математическая модель проектирования гидро механизма привода стрелы крана-манипулятора на грузовом автомобиле. По исходным данным: углу раскрытия и длине стрелы, геометрическим пара метрам гидромеханизма определяются рациональные параметры гидромеха низма, удовлетворяющие заданным критериям эффективности.

Ключевые слова: Предельные положения, математическая модель, гру зовой момент, системы координат, уравнения касательных, кинематические треугольники.

Краны-манипуляторы на грузовых автомобилях получили широкое при менение в России и других странах при выполнении различных погрузочно транспортных и монтажных работ в строительстве. Кран-манипулятор бази руется на шасси грузового автомобиля 1 (рисунок 1) [1, 2].

Рисунок 1. Общий вид крана-манипулятора в рабочем положении при максимальном вылете стрелы Поворотная колонна 2 крана-манипулятора шарнирно соединена с осно ванием стрелы 3, которое соединено шарнирно со средней второй секцией 4;

третья секция стрелы 4 содержит телескопические звенья 5, 6. Наиболее на пряженными механизмами крана-манипулятора являются гидромеханизмы поступательного движения 7, 8, осуществляющие перемещение стрелы крана в вертикальной плоскости. Гидроцилиндры перемещения стрелы в верти кальной плоскости имеют самые различные конструкции и расположение от носительно стрелы и поворотной колонны. Гидромеханизмы поступательно го действия обеспечивают основные силовые параметры и рабочие характе ристики крана [3].

Главным параметром крана манипулятора является его грузовой момент М (кНм), определяемый относительно шарнира крепления на поворотной ко лонне. Основными силовыми и геометрическими параметрами являются:


грузоподъемности Q (т) при минимальном и максимальном вылетах стрелы;

минимальный и максимальный вылеты стрелы L (м) и др.

Рисунок 2. Кинематическая схема гидромеханизма стрелы крана-манипулятора На рисунке 2 показана кинематическая расчетная схема поворота стрелы ОА в вертикальной плоскости, имеющая длину Lc. В точке А может устанав ливаться грузовой крюк, обеспечивающий подъем груза Q в вертикальной плоскости. Как правило в точке А к стреле шарнирно присоединяется вторая секция стрелы, увеличивающая многократно рабочий вылет стрелы и высоту подъема груза. Несмотря на кажущуюся простоту конструкции гидромеха низма привода стрелы крана-манипулятора, его режимы работы и силовые характеристики зависят от многих кинематических, силовых и динамических параметров.

На расчетной схеме (см. рисунок 2) показаны: Lc – длина стрелы, м;

lc – участок стрелы, определяющий положение шарнира гидроцилиндра на стре ле в точке В, м;

r1, r2 – радиусы окружностей, численно равные плечу hi гид роцилиндра в нижнем и верхнем положениях стрелы, r1 h1, r2 h2, м;

min, max – предельные углы положения стрелы в вертикальной плоскости;

Lmin, Lmax – соответственно, минимальная и максимальная длины гидроцилиндра в предельных положениях стрелы, м;

1, 2 – углы в прямоугольных тре угольниках М 1ОВ1 и М 2ОВ2.

Исходными задаваемыми величинами на расчетной схеме являются: Lc, min, max, lc, r1, r2. Неизвестными определяемыми величинами являются длины гидроцилиндров Lmin, Lmax, ход поршня S.

Для решения задачи достаточно определить положение точки О1 шар нира крепления гидроцилиндра на поворотной колонне. Положение точки О определяется двумя координатами ( х01, y01 ) и является результатом пересе чения двух касательных М 1 В1 и М 2 В2 к окружностям радиусами r1, r2 (см.

рисунок 2). Следовательно, для определения положения шарнира крепления гидроцилиндра в точке О1 необходимо записать уравнения касательных М 1 В1 и М 2 В2 к окружностям с радиусами r1, r2 и выполнить их совместное решение.

Для реализации этого алгоритма разработана математическая модель, в которой координаты точек В1, В2, крепления проушины штока гидроцилин дра для нижнего и верхнего предельных положений стрелы в системе коор динат Оxy, определяются по формулам х В1 lc cos min ;

у В1 lc sin min, (1) х В 2 lc cos max ;

у В 2 lc sin max. (2) Углы 1, 2 определяются из прямоугольных треугольников:

r r 1 arcsin 1 ;

2 arcsin 2. (3) lc lc Длины отрезков-касательных М 1 В1 и М 2 В2 определяются по формулам М 1 В1 lc r12 ;

М 2 В2 lc r22.

2 2 (4) Координаты точек М 1, М 2 касания прямых с окружностями для нижне го и верхнего предельных положений стрелы, определяются по формулам:

х М 1 lc cos min М 1 В1 cos( min 1 ) ;

(5) y М 1 lc sin min М 1 В1 sin( min 1 ) ;

(6) х М 2 lc cos max М 2 В2 cos( max 2 ) ;

(7) y М 2 lc sin max М 2 В2 sin( max 2 ). (8) Уравнение прямой, проходящей через точки М 1, В1, имеет вид:

х хМ 1 у уМ. (9) х В1 х М 1 у В1 у М Уравнение прямой, проходящей через точки М 2, В2, имеет вид:

х хМ 2 у уМ. (10) х В 2 хМ 2 у В 2 у М Уравнения (9), (10) приводятся к виду у k1 x b1 ;

у k 2 x b2. (11) Решая совместно систему уравнений (11) находим b b b k b k х01 2 1 ;

у01 2 1 1 2. (12) k1 k 2 k1 k Длины гидроцилиндров Lmin, Lmax определяются как расстояния между соответствующими точками Lmin ( х01 х В1 ) 2 ( у01 у В1 ) 2 ;

(13) Lmax ( х01 х В 2 ) 2 ( у01 у В 2 ) 2. (14) Перемещение поршня в гидроцилиндре при подъеме стрелы из нижнего предельного в верхнее предельное положение равно разности длин гидроци линдров S Lmax Lmin. (15) Относительным параметром гидромеханизма, характеризующим его продольную устойчивость при выдвинутом штоке, является безразмерный коэффициент равный отношению минимальной и максимальной длин гидро цилиндра стрелы К L Lmin Lmax. (16) В качестве примера выполним расчет гидромеханизма (см. рисунок 2) для крана-манипулятора с исходными данными: Lc 3000 мм, min 60 о, max 45о, lc 1400 мм, r1 300 мм, r2 190 мм. Определены параметры гидромеханизма при помощи математической модели.

Коэффициенты k1, k 2, длины b1, b2 имеют значения: k1 1,096;

k 2 1,317;

b1 445,1 мм;

b2 314,3 мм.

Координаты точки О1 имеют значения: х01 54,22 мм;

y01 385, мм. Длины гидроцилиндров Lmin, Lmax соответственно равны: Lmin 1119, мм;

Lmax 1727 мм;

ход поршня: S 608,0 мм;

коэффициент К L 0,648.

Гидромеханизм с такими параметрами является работоспособным.

Библиографический список 1. Строительные машины: справочник: в 2 т. Т.1. Машины для строительства промыш ленных, гражданских сооружений и дорог /А.В. Раннев, В.Ф. Корелин, А.В. Жаворонков и др.;

под общ. ред. Э.Н. Кузина. – М.: Машиностроение, 1991. – 496 с.

2. Рось Я.В. Автокраны с объемным гидроприводом /Я.В. Рось. – Киев: Техника, 1978. – 128 с.

3. Бояркина И.В. Технологическая механика одноковшовых фронтальных погрузчиков:

монография /И.В. Бояркина. – Омск: СибАДИ, 2011. – 336 с.

УДК 681.5+625.76. ДИНАМИКА ПОЗИЦИОННОГО ПРИВОДА ГРУЗОПОДЪЕМНОГО КРАНА Ю.Б. Тихонов, канд. техн. наук, доцент Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия Аннотация. Рассмотрена динамика грузоподъемного крана с позицион ным приводом крановых операций.

Ключевые слова: аппарат управления, крановые операции, крюк, пози ционный привод, прибор безопасности, переходный процесс.

В настоящее время при выполнении различных строительно-монтажных и погрузочно-разгрузочных работ широко используются грузоподъемные краны, оснащенные современными приборами безопасности. Эти приборы в большинстве случаев являются системами автоматической защиты, отклю чающими крановые операции, продолжение выполнения которых может привести к аварийным ситуациям. Вместо трехпозиционных гидрораспреде лителей с ручным управлением все чаще стали применяться электроуправ ляемые пропорциональные гидрораспределители с джойстиковым управле нием. В качестве джойстиков применяются аппараты управления АУРСП23. [1,2]. Этот аппарат формирует сигналы управления, пропорциональные углу отклонения рукоятки от нейтрального положения в зависимости от направ ления отклонения. Применение аппаратов управления АУРСП23.2 совместно с пропорциональными электроуправляемыми гидрораспределителями приве ло к качественному повышению технического уровня систем защиты и управления краном.

Для перемещения крюка в пространстве машинист грузоподъемного крана выполняет различные крановые операции. При этом величина откло нения органа управления от нейтрального положения пропорциональна ско рости выполнения соответствующей крановой операции. Для прекращения выполнения данной крановой операции орган управления возвращается в нейтральное положение [1, 2].

Таким образом, чтобы крюк оказался в заданной точке пространства, не обходимо включать и выключать выполнение тех или иных крановых опера ций, одновременно регулируя их скорость. Это не только создает определен ные психофизиологические нагрузки на человека-оператора, но и отрица тельно влияет на динамику стрелового оборудования крана.

Указанных недостатков лишен позиционный привод с пропорциональ ными гидрораспределителями [3,4]. Привод получил название «позицион ный», так как каждому положению (каждой позиции) органа управления со ответствует определенное значение конкретного параметра (угла наклона стрелы, длины стрелы, угла азимута и т.д.). Позиционный привод может быть применен как с трехпозиционными, так и с пропорциональными гидрорас пределителями. И те и другие гидрораспределители должны быть электро управляемыми. Трехпозиционный гидрораспределитель представляет собой нелинейный элемент с релейной характеристикой, поэтому его применение в позиционном приводе не приведет к улучшению динамики переходного про цесса. Для позиционного привода целесообразным является применение про порционального гидрораспределителя, характеристика которого с достаточ ной степенью точности может быть представлена прямой линией.

Позиционный привод предполагает наличие отрицательной обратной связи, в цепь которой включен датчик.

На рисунке 1 приведена структурная схема, позволяющая одновременно моделировать привод без обратной связи и с отрицательной обратной связью (позиционный привод).

а + k + б p + в k + _ p k Управляющее воздействие Гидропривод Осциллограф Рисунок 1. Структурная схема гидропривода Приведенная на рисунке 1 схема была смоделирована в пакете расшире ния Simulink системы Matlab. В результате были получены три временные диаграммы: управляющих воздействий;

перемещения исполнительного орга на при отсутствии обратной связи;

перемещения исполнительного органа при наличии отрицательной обратной связи (рисунок 2).

Из приведенных временных диаграмм видно, что при отсутствии обрат ной связи величина и скорость перемещения исполнительного органа зависит от угла отклонения органа управления от нейтрального положения и от вре мени его нахождения в этом положении (см. рисунок 2,а,б).

При наличии отрицательной обратной связи (позиционный привод) ве личина перемещения исполнительного органа зависит от угла отклонения ор гана управления от нейтрального положения (орган управления является за датчиком), а скорость перемещения изменяется от некоторого начального значения до нуля. Переходный процесс носит апериодический характер, так как интегрирующее звено, охваченное отрицательной обратной связью (см.

рисунок 1), становится апериодическим звеном первого порядка. Преимуще ство позиционного привода наглядно иллюстрируется временными диаграм мами: сигнал, характеризующий перемещение исполнительного органа (см.

рисунок 2,а), повторяет в некотором масштабе (с поправкой на переходный процесс) сигнал управляющего воздействия (см. рисунок 2,в). Таким обра зом, исполнительный орган следует за управляющим воздействием.

S а б в t Рисунок 2. Временные диаграммы управляющих воздействий (а);

перемещения исполнительного органа при отсутствии обратной связи (б);

перемещения исполнительного органа при наличии отрицательной обратной связи (позиционный привод) (в): S – перемещение;

t – текущее время В рассмотренных структурных схемах не учитываются упруго-вязкие свойства гидропривода и металлоконструкций крана. Для учета этих свойств в структурную схему вводится звено второго порядка (рисунок 3). Парамет ры звена взяты применительно к крану-трубоукладчику ТГ-503 [5], который обладает более сложной динамикой по сравнению с грузоподъемным краном, работающим на опорах.

При моделировании структурной схемы, приведенной на рисунке 3, бы ли получены временные диаграммы, представленные на рисунке 4. На вре менной диаграмме переходного процесса появляются расходящиеся колеба ния, что свидетельствует о неустойчивости системы.

Рисунок 3. Структурная схема, содержащая обратную связь и звено учитывающее упруго-вязкие свойства гидропривода и металлоконструкций крана Рисунок 4. Временные диаграммы управляющих воздействий (а);

перемещения исполнительного органа при наличии отрицательной обратной связи (позиционный привод) и упруго-вязких свойств гидропривода и металлоконструкций крана (б): S – перемещение;

t – текущее время Чтобы получить устойчивую систему можно воспользоваться последо вательной коррекцией (рисунок 5).

Рисунок 5. Структурная схема, дополненная последовательной коррекцией:

КЗ - корректирующее звено Рисунок 6. Переходный процесс с учетом упруго-вязких свойств гидропривода и металлоконструкций крана после введения последовательной коррекции Полученный переходный процесс свидетельствует о том, что система устойчива, и имеет удовлетворительные показатели качества.

Таким образом, применение позиционного привода при управлении кра новыми операциями позволяет снизить психофизиологические нагрузки на оператора, улучшить показатели качества переходных процессов и тем са мым снизить динамические нагрузки на металлоконструкции крана, что по зволит увеличить срок их службы.

Библиографический список 1. Кран стреловой КС-54711Б на специальном шасси. Руководство по эксплуатации. КС 54711Б.00.000 РЭ.

2. Пат. 2298518, Российская Федерация, МПК В 66 С 13/18 (2006.01), МПК В 66 С 23/ (2006.01). Способ управления грузоподъемным краном и система управления для его осуществления / Коровин В.А., Коровин К.В., заявитель и патентообладатель ООО НПП «Резонанс». – № 2005128421/11. заявл. 12.09.05, опубл. 10.05.07.

3. Ю.Б. Тихонов. Позиционный привод грузоподъемного крана. / Тихонов Ю.Б. – «Подъ емно-транспортное дело», № 1.2012, С. 12-13.

4. Ю.Б. Тихонов. Система управления грузоподъемным краном с телескопической стрелой и гидроприводом // Вестник СибАДИ- 2012. № 6 (28).- С. 51-53.

5. Ю.Б. Тихонов. Повышение устойчивости изоляционно-укладочной колонны путем со вершенствования системы управления кранами-трубоукладчиками: дис. Канд. Техн. наук:

05.05.04 / Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия. – Омск, 2003. – 199 с.

СЕКЦИЯ ПРОБЛЕМЫ ТЕОРИИ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИМИ СИСТЕМАМИ УДК 519. ПРИМЕНЕНИЕ ВАРИАЦИОННОГО ИСЧИСЛЕНИЯ ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧИ МИНИМИЗАЦИИ СРЕДНИХ ЗАТРАТ ДО ОБНАРУЖЕНИЯ ОТКАЗА И. В. Бабичева, канд. пед. наук, доцент, Е.С.Денисов, студент Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия Аннотация. В статье приведен пример, иллюстрирующий применение методов вариационного исчисления для решения технических задач. Задача минимизации средних затрат до обнаружения отказа сведена к простейшей задаче вариационного исчисления. Оптимальное решение получено на осно ве уравнения Эйлера. Для заданных граничных условий построена оптималь ная функция проверок.

Ключевые слова: Вариационное исчисление, оптимальное управление, функционал, уравнение Эйлера, отказ системы, оптимальная функция проверок.

Существует целый класс инженерных задач, которые ставят перед ис следователем такие вопросы, как «что наиболее..?», «где находится мини мум..?» или «как можно наилучшим способом сделать..?». Такие задачи от носятся к задачам оптимального управления. Задача управления состоит в том, чтобы из множества решений, обеспечивающих достижение цели, вы брать одно, которое требует наименьшей затраты ресурсов (расхода материа лов, топлива, электроэнергии, затрат времени).

Основной класс задач оптимального управления составляют динамиче ские задачи – задачи принятия оптимальных решений, в которых объект управления находится в состоянии непрерывного движения и изменения под воздействием различных внешних и внутренних факторов.

В настоящей работе объектом управления выступает некоторая техниче ская система, отказы которой обнаруживаются в результате определенных проверок, которые проводятся, как правило, спустя некоторое время после появления отказа. Необходимо определить такую периодичность проверок, при которой минимизируются затраты, связанные с отказами и самими про верками. Для нахождения оптимальной функции проверок используются ме тоды вариационного исчисления.

Введем необходимые обозначения. Объект управления – некоторая тех ническая система. Переменная u – управляющее воздействие или управление.

Множество всех значений управлений u, которые удовлетворяют заданным ограничениям на управляющие воздействия — множество допустимых управлений U, любая величина u U — допустимое управление. Количест венную оценку степени выполнения наложенных на способ управления тре бований задает критерий качества управления – функционал J(u). Задача вы бора оптимального управления заключается в определении такого управле ния u (t ), выбираемого из пространства допустимых управлений U, которое для исследуемого объекта управления минимизирует (максимизирует) крите рий качества при заданных ограничениях на используемые ресурсы.

В простейшей вариационной задаче, к которой будет сведена задача ми нимизации средних затрат до получения отказа, функционал имеет вид:

t J F [t, u (t ), u (t )]dt.

t Кривая u (t ), дающая экстремум функционалу (1), должна удовлетворять дифференциальному уравнению Эйлера (см. [1],[2],[3]):

F d F ( ) 0.

u dt u Рассмотрим постановку задачи минимизации средних затрат до обна ружения отказа [3]. Примем следующие допущения:

об отказах системы становится известно только в результате специаль ных проверок;

проверки не изменяют собственных характеристик системы;

система не может отказать во время проведения проверок;

каждая проверка характеризуется затратами а1 ;

время пребывания аппаратуры в состоянии необнаруженного отказа до его обнаружения связанно со штрафом а2 на каждую единицу времени;

проверка прекращается сразу после обнаружения отказа.

Требуется найти моменты времени проверок системы t1, t2,..., ti,..., при ко торых обеспечивается минимум расходов a1 на проверки и штрафы а2, где - время между моментом возникновения отказа и моментом его обнаружения.

Введем непрерывную функцию N t, характеризующую количество про верок, проведенных к моменту времени t. Эта функция монотонно возраста ет, а ее целочисленные значения соответствуют моментам t1, t 2,...,ti,..., прове рок технического состояния системы. Время может быть оценено через t, N t то есть ве интервал t между двумя проверками. Очевидно, что личина интервала t, обратно пропорциональна скорости изменения (прира 1 t щения) функции N t. Будем считать, что в среднем 2 N t и, следо вательно, для отказа, возникающего в момент времени t, суммарные расходы a a t a1 N t.

a t могут быть определены по формуле: 2 N t Среднее значение функции суммарных расходов, согласно теореме о среднем, будет иметь вид:

1T a аср a1 N t 1 dt.

2 N t T Тогда поставленная задача минимизации средних затрат до обнаружения отказа сводится к нахождению функции проверок N t, доставляющей ми аср нимум функционалу за время Т при граничных условиях:

N 0 0;

N T N 0, где N 0 – общее число проверок за время Т.

Ее решение можно получить непосредственно на основе уравнения Эй лера, которое для нашего функционала записывается следующим образом F d F a 0, где F a1 N t 1 2.

N dt N 2N d F a 2 N t F Находим:. Тогда уравнение Эйлера преоб a1 ;

dt N N t N a разуется к виду: N ' ' (t ) 1 ( N ' (t ))3 0.

a Понизим порядок дифференциального уравнения, Введем замену:

N ' (t ) m. Тогда имеем дифференциальное уравнение 1 порядка с разде a1 ляющимися переменными: m(t ) m 0. Решим его:

a m 2 a dm a1 3 dm a a m 3 a 12 dt ;

1 t C1 ;

m;

t C dt a2 2 a2 2m a a dN 1 2 1 t 2 C1 ;

m ;

a m a2 dt 2C a 2 a d ( t 2C 1 ) dt a2 a dN ;

dN ;

2 a a1 2 a 2 2C 1 2 C a2 a a2 2 a t 2C 1 N C 2.

a1 a Если положить a1=a2, то искомая функция проверок примет более про стой вид: N (t ) C 2 2C1 2t.

Пусть N0=15;

T=350. Тогда имеем граничные условия: N(0)=0;

N(T)=N(350)=15. Найдем постоянные C1 и С2 из граничных условий:

N (0) C 2 2C 1 ;

C 2 2 C 1 0;

N ( 350 ) C 2 2 C 1 2 350. C 2 2 C 1 2 350 15.

2C1 2C1 700 15;

2C1 2 2C1 2C1 700 (2C1 700) 225;

2C1 8C1 2C1 700 (2C1 700) 225;

4C1 16C12 5600C1 925;

4C` 925 16C12 5600C1 ;

16C12 2 4C1 925 855625 16C1 5600C1;

7400C1 5600C1 855625 1800C1 ;

;

C1 474;

C2 2 474 31;

C1 474;

C2 31;

Т. о. N (t ) 31 948 2t.

Моменты времени проверок системы t1,t2…tn, где N=15, определяются по формуле из условия целочисленности N, то есть t=0,82,136,186,232,274,312,346 (соответствующие значения оптимальной функции проверок равны 0,3,5,7,9,11,13,15). Вид оптимальной функции про верок показан на рисунке 1.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |
 

Похожие работы:





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.