ОПТИМАЛЬНЫЙ СИНТЕЗ ПРИВОДНЫХ ШАРНИРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ МАНИПУЛЯЦИОННЫХ СИСТЕМ МОБИЛЬНЫХ КРАНОВ
Аннотация
Рассмотрены конструкция, особенности работы и методика оптимального проектирования приводного шарнирного соединения, предложенного в качестве альтернативного конструктивного варианта шарнирного соединения смежных звеньев гидравлических манипуляционных систем мобильных стреловых кранов-манипуляторов. Конструкция устройства позволяет совместить две функции: обеспечить постоянную неразрывную кинематическую связь между смежными звеньями манипуляционной системы путем создания цилиндрического шарнира для выполнения возвратно-поворотного относительного движения смежных звеньев и сформировать встроенный поворотный гидродвигатель шиберного типа. Разработана математическая модель, сформулирована и решена задача оптимального синтеза приводного шарнирного соединения на основе минимизации массы устройства при соблюдении нелинейной системы конструкторских, монтажных, силовых, прочностных и кинематических ограничений. Анализ результатов выполненных оптимизационных расчетов показал, что масса оптимального варианта устройства возрастает с ростом преодолеваемого момента от перемещаемого груза и снижается с увеличением числа камер шарнирного соединения. Рабочее давление гидросистемы не оказывает практического влияния на оптимальную массу, что позволяет использовать для обеспечения движения звеньев манипуляционной системы насосный агрегат меньшей мощности. Оптимальные значения основных конструктивных размеров приводного шарнирного соединения определяются как величиной эксплуатационной нагрузки, так и условиями монтажа устройства с учетом размеров поперечных сечений смежных звеньев манипуляционной системы. При проектировании манипуляционных систем приводные шарнирные соединения позволяют отказаться от выносных силовых гидродвигателей, исключить эксплуатационные отказы вследствие изнашивания и усталостного разрушения элементов шарниров, а также повысить энергоэффективность кранов-манипуляторов путем перевода гидросистемы на более низкие уровни рабочего давления при сохранении требуемых грузо-высотных характеристик.
Литература
- 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.