Диссертация (Обоснование параметров металлоконструкций грузовых тележек кранов мостового типа на основе универсальной компоновочной схемы), страница 5

Базисом подхода служит связьтрёх взаимодействующих факторов: человек – грузоподъёмная машина (ГПМ) –окружающая среда. При этом обобщенная модель в расчётных подсистемах«ГПМ» представляется в виде мультиграфа, вершины которого определяют условия изготовления, эксплуатации, особенности конструкции ГПМ, управляющиевоздействия оператора, перемещения элементов машины и груза, состояние машины и её элементов, качественные показатели машины [26, 41].

На основе описанного системного подхода авторами [11, 12] предлагается структурная схемарешения задач анализа конструкции ГПМ, по сути представляющая собой циклический алгоритм проектирования ПТМ (в частности грузовой тележки) с использованием последовательных приближений [26, 41]. В указанной схеме данные поконструкции машины используются в качестве исходных для дальнейшего построения расчётных моделей, определения нагрузок, напряжений и т. д., то есть заоснову взят метод проектирования по аналогии с постоянным циклическим улуч-25шением исходной конструкции [26, 41]. В качестве одного из основных недостатков данного подхода можно отметить высокую трудоёмкость, неопределённость инестабильность значений ряда влияющих на конструкцию параметров (воздействий оператора, эксплуатационных издержек и т.

п.), при определённой квалификации инженерного персонала возможно наличие в конечной конструкции недостатков начальной, взятой за основу [11, 12, 26, 41, 73].В качестве ещё одного подхода к проектированию и совершенствованиюконструкций крановых тележек можно отметить точечные оптимизации их отдельных узлов [26, 41]. Указанный подход становится всё более распространённым и оправдывает положительные результаты своего использования применением постоянно совершенствующихся компьютерных технологий в области машиностроения [26, 41].

Однако и в основе такого подхода лежит метод проектирования по аналогии в части выбора базовой конструкции того или иного узла для егодальнейшей оптимизации, что влечёт за собой возможность проявления ряда описанных выше недостатков, характерных для указанного метода [11, 12, 26, 41].Если рассматривать отдельно процесс проектирования металлоконструкциикрановой тележки, то оптимизация отдельных её узлов (к примеру колёсных установок) может значительно повлиять на проектируемую металлоконструкцию (изменяется конфигурация концевых опорных балок тележек; особенности узловкрепления колёсных установок к концевым опорным балкам формируют собственную уникальную картину распределения местных напряжений на этих участках,что требует дополнительных усилий по изменению апробированных расчётныхсхем при проверке на прочность, устойчивость, жёсткость и усталость) [26, 41].Технические решения, принимаемые при проектировании металлоконструкции тележек, обосновываются проведением расчётов, целью которых является подтверждение надёжности и безопасности всех элементов грузоподъёмноймашины.Металлоконструкция является как внешне, так и внутренне статическинеопределимой системой, прочность, жёсткость и устойчивость которой сложно вполной мере оценить, применяя только лишь аналитические методы расчёта, ос-26нованные на теориях сопротивления материалов и строительной механики.

Внастоящее время расчёт подобных сложных систем преимущественно производятс помощью численных методов. Согласно ГОСТ 33169-2014 [35] «для подтверждения работоспособности конструкции допускается применять метод конечныхэлементов (МКЭ) при условии, что постановка задачи и методы анализа соответствуют положениям настоящего стандарта». Также следует учитывать общие рекомендации по составлению конечно-элементных расчётных моделей, проведению расчёта и обработке его результатов, изложенные в [18, 70, 69 136, 137, 139,141, 144, 146, 149].Одновременно с этим в технической литературе [18, 70, 138, 140, 147] подчёркивается, что результаты расчётов с помощью МКЭ могут содержать некоторую погрешность.

Поэтому для полноценной оценки достоверности численногомоделирования металлоконструкций ГПМ, следует выполнять сравнение полученных данных с результатами аналитических вычислений и экспериментальныхисследований на моделях и натурных образцах [18].Проведение аналитических расчётов при проектировании позволяет предварительно определить начальные параметры несущих элементов, обеспечивающиесоответствие металлоконструкции требованиям нормативной документации. Применение аналитических методов позволяет с наименьшими затратами оцениватьпрочность сварных соединений металлоконструкции с учётом ослабления швов изза погрешностей в технологии проведения сварки, а также в результате возникновения различных дефектов. Реализация аналогичных расчётов с помощью МКЭтребует составления некоторого количества взаимно дополняющих друг друга моделей соединений различных элементов или учёта наличия сварных швов в рамкахобщей расчётной модели металлоконструкции, что приводит к значительномуусложнению расчётов и увеличению длительности их проведения [26, 41].Проведение экспериментальных исследований при проектировании новыхобразцов техники требует значительных временных и материальных затрат, наличия необходимого оборудования и достаточной экспериментальной базы.

Междутем исследования динамических, прочностных и жёсткостных показателей раз-27личных образцов подъёмно-транспортных и транспортно-технологических машини комплексов, а также их отдельных элементов, выполненные с применениемМКЭ, показывают, что полученные расчётные значения с высокой точностью согласуются с экспериментальными данными.В работе [18] произведено численное моделирование напряжённодеформированного состояния двухбалочного электрического мостового крана общего назначения производства ОАО «БЗМТО» (г.

Брянск). Номинальная грузоподъёмность крана 10 т., пролёт 36 м. Для проведения исследования была созданаконечноэлементная модель металлоконструкции моста, состоящая из 4-х узловыхплоских конечных элементов типа Shell [18, 70]. Моделирование производилосьдля двух положений тележки на металлоконструкции крана: в первом из них тележка устанавливалась на середине пролёта (1 конфигурация), во втором – возлеодной из концевых балок (2 конфигурация). В результате проведения расчётов прирасположении тележки согласно конфигурации 1 максимальное значение деформации металлоконструкции, отмеченное в центральном сечении главной балки,составило 19,6 мм [18, 70]. По данным натурного эксперимента, выполненногоОАО «БЗМТО», максимальный прогиб равен 20 мм. Для второй расчётной конфигурации расчётное значение прогиба в центральном сечении составило 1,83 мм,экспериментальное – 2 мм [18, 70].

Несколько больший прогиб реальной конструкции объясняется наличием незначительных дефектов при изготовлении и погрешностями измерительных приборов.В работе [66] проведено комплексное исследование рабочих процессов манипуляционных систем мобильных многоцелевых транспортно-технологическихмашин и комплексов с моделированием напряжённо-деформированного состоянияметаллоконструкции трёхзвенного крана-манипулятора грузоподъёмностью 750кг. Для проведения расчётов была разработана оригинальная конечноэлементнаямодель, содержащая узлы несущей металлоконструкции крана-манипулятора (поворотные колонну, стрелу, рукоять), 6 шарниров и 2 гидроцилиндра.

Для проверки адекватности разработанной модели было проведено экспериментальное исследование с применением тензоизмерительной аппаратуры [66]. Эксперимен-28тальные значения напряжений в поясах рукояти составили 142,6±0,5 МПа прирасчётных значениях 140…160 МПа (разница 2…12%). Статические грузовые испытания также показали, что максимальная вертикальная упругая деформация(перемещение точки подвеса груза) при работе с номинальным грузом 750 кг составляет 0,095±0,003 м., расчётное значение аналогичного перемещения равно0,0904 м [66]. Таким образом, погрешность в определении вертикального прогибас использованием разработанной конечноэлементной модели составляет 6%.

Таким образом результаты расчёта, полученные с помощью МКЭ, с высокой точностью подтверждаются данными экспериментальных исследований [18, 70, 66].Непосредственно проектирование металлоконструкций грузовых тележекможет производиться на основе расчётов, проводимых по МКЭ с применениемпараметрических моделей, а также с использованием комбинированной методикирасчёта, включающей как аналитические, так и численные подходы к определению несущей способности элементов металлоконструкции.Расчёты по комбинированной методике производятся по следующему алгоритму.1. Формируется расчётная схема металлоконструкции тележки.2. С помощью проектных аналитических расчётов, проводимых согласнонормативным документам [35], производится подтверждение соответствия элементов и соединений полученной металлоконструкции условиям надёжности иработоспособности.3.