OPTIMAL SYNTHESIS OF DRIVE SWING CONNECTIONS OF MOBILE CRANES HYDRAULIC MANIPULATING SYSTEMS
Abstract
The design, operation features and the optimal design method for the drive swing connections are considered. These are proposed as an alternative design variant of the articulation of adjacent links of hydraulic manipulation systems of mobile boom cranes are considered. The design of the device allows to combine two functions: to ensure a continuous, uninterrupted kinematic connection between adjacent links of the manipulation system by creating a cylindrical hinge for performing the reciprocating relative motion of adjacent links and to form an integrated rotary hydraulic gate type hydraulic motor. A mathematical model is developed, the problem of the optimal synthesis of the drive joint on the basis of minimization of the device mass is formulated and solved, while observing the nonlinear system of design, installation, power, strength and kinematic constraints. Analysis of the results of the performed optimization calculations showed that the mass of the optimal version of the device increases with the growth of the overcome moment from the moved cargo and decreases with the increase in the number of chambers. The operating pressure of the hydraulic system does not have a practical effect on the optimum mass, which allows the pump unit of lower power to be used to provide the movement of the links of the manipulation system. Optimum values of the main design dimensions of the drive articulation are determined both by the value of the operational load and by the installation conditions of the device taking into account the dimensions of the cross sections of adjacent links of the manipulation system. When designing manipulation systems, the swing joints allow to abandon remote power hydromotors, eliminate operational failures due to wear and fatigue failure of hinge elements, and also increase the energy efficiency of loader cranes by transferring the hydraulic system to lower operating pressure levels while maintaining the required load-altitude characteristics.
References
- Александров М.П. Грузоподъемные машины. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. 552 с.
- Бандурин Р.А. Рынок кранов-манипуляторов в России // Проблемы современной экономики. 2015. № 26. С. 138-142.
- Вайнсон А.А. Подъемно-транспортные машины строительной промышленности: Атлас конструкций. М.: Машиностроение, 1976. 152 с.
- Галдин Н.С. Гидравлические схемы мобильных машин / Н.С.Галдин, И.А.Семенова. Омск: СибАДИ, 2013. 203 с.
- Иосилевич Г.Б. Детали машин. М.: Машиностроение, 1988. 368 с.
- Лагерев И.А. Проектирование поворотных гидродвигателей для манипуляционных систем мобильных машин на основе многокритериальной оптимизации / И.А.Лагерев, Е.А.Шатунова // Научно-технический вестник Брянского государственного университета. 2016. № 4. С. 34-51. DOI: 10.22281/2413-9920-2016-02-04-34-51
- Лагерев И.А. Моделирование рабочих процессов манипуляционных систем мобильных многоцелевых транспортно-технологических машин и комплексов / Брянский государственный университет. Брянск, 2016. 371 с.
- Максаров В.В. Применение полимерных композитных материалов в узлах трения скважинных нефтяных насосов / В.В.Максаров, Ю.Ю.Ольт, В.А.Красный // Записки Горного института. 2015. Т. 211. С. 71-79.
- Максаров В.В. Повышение точности изготовления силовых гидроцилиндров механизированных крепей на основе виброустойчивой инструментальной системы / В.В.Максаров, Ю.Ю.Ольт // Записки Горного института. 2015. Т. 214. С. 71-84.
- Патент № 176269 РФ. Трехзвенный гидравлический кран-манипулятор / А.В.Лагерев, И.А.Лагерев. Опубл. 15.01.2018. Бюл. № 2.
- Серебрянский А.И. Силовой анализ работы шарнира манипулятора / А.И.Серебрянский, М.А.Мижевич // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2014. Т. 2. № 3. С. 238-241. DOI: 10.12737/4237
- Повышение эксплуатационной надежности и расширение технологических возможностей перегрузочных машин морских портов / В.В.Суглобов, В.А.Михеев, И.А.Нефедов, П.В.Шиков // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2009. № 2. С. 253-259.
- Hydraulic drive systems / Non-linear control based on physical models. Lecture Notes in Control and Information Sciences. London: Springer, 2001. Vol. 260. P. 121-162. DOI: 10.1007/BFb0110344
- Krasnyy V.A. Improving fretting resistance of heavily loaded friction machine parts using a modified polymer composition / V.A.Krasnyy, V.V.Maksarov, J.J.Olt // Agronomy Research. 2016. Vol. 14. № 1. P. 1023-1033.
- Krasnyy V.A. Increase of wear and fretting resistance of mining machinery parts with regular roughness patterns / V.A.Krasnyy, V.V.Maksarov, J.J.Olt // Annals of DAAAM and Proceedings of the International DAAAM Symposium 27. 2016. P. 151-156.
- Lagerev A.V. Tool for Preliminary Dynamics and Stress Analysis of Articulating Cranes / A.V.Lagerev, I.A.Lagerev, A.A.Milto // International Rewiev on Modelling and Simulations. 2014. Vol. 7. № 4. P. 644-652. DOI: 10.15866/iremos.v7i4.2045
- Lagerev A.V. Preliminary Dynamics and Stress Analysis of Articulating Non-Telescoping Boom Cranes Using Finite Element Method / A.V.Lagerev, I.A.Lagerev, A.A.Milto // International Rewiev on Modelling and Simulations. 2015. Vol. 8. № 2. P. 223-227. DOI: 10.15866/iremos.v8i2.5713
- Maksarov V.V. Improving the accuracy of manufacturing of hydraulic power cylinders using vibration-proof cutting tool // Agronomy Research. 2015. Vol. 13. № 3. P. 671-679.
- Peterson R.E. Stress concentration factors. N.Y.: John Wiley and Sons, 1974. 178 p.
- Ravani B. Kinematics and Mechanisms. The Engineering Handbook. Boca Raton: CRC Press LLC, 2000. 324 p.
- Shoham M. Hydraulic Drive Systems / A Textbook of Robotics 2: Structure, Control and Operation. Boston: Springer, 1984. P. 125-146. DOI: 10.1007/978-1-4615-9888-6_5
- Singer D.B. The potential of structural mechanics research in crane boom design // SAE Technical Paper 600328, 1960. P. 9.