автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Оценка динамической нагруженности и оптимизация трехзвенных гидравлических кранов-манипуляторов транспортно-технологических машин для сварки трубопроводов

На правах рукописи

ЛАГЕРЕВ ИГОРЬ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ОЦЕНКА ДИНАМИЧЕСКОЙ НАГРУЖЕННОСТИ И ОПТИМИЗАЦИЯ ТРЕХЗВЕННЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ КРАНОВ-МАНИПУЛЯТОРОВ ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН ДЛЯ СВАРКИ ТРУБОПРОВОДОВ

Специальность 05.05.04 - «Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Брянск 2011

005010154

005010154

Работа выполнена на кафедре «Подъемно-транспортные машины и оборудование» ФГБОУ ВПО «Брянский государственный технический университет».

Научный руководитель доктор технических наук, доцент

Реутов Александр Алексеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Короткий Анатолий Аркадьевич

кандидат технических наук, доцент Тихомиров Пётр Викторович

Ведущая организация - ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет» (г. Тула).

Защита состоится 21 декабря 2011 г. в 10 ч. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.021.04 при Брянском государственном техническом университете по адресу: 241035, г. Брянск, бульвар им. 50-летия Октября, д. 7, в учебном корпусе № 2\ ауд. 220.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Брянский государственный технический университет».

Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направлять по указанному адресу.

Автореферат разослан «'¡б » ноября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

С.Л. Эманов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертационной работы обусловлена тем, что гидравлические краны-манипуляторы являются широко распространенным видом технологического оборудования, используемым в газо- и нефтедобывающей отраслях, строительстве, лесной и металлообрабатывающей промышленности, в сельском хозяйстве и дорожном строительстве. Поэтому результаты теоретических и прикладных исследований, направленных на повышение эффективности использования данного вида грузоподъемного оборудования, в настоящее время востребованы отечественной промышленностью.

Диссертационные исследования поддержаны государственным Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере по госконтракту №8991 р/14117 от 01.04.11 «Универсальный гидравлический кран-манипулятор для транспортных машин, обслуживающих строительство магистральных нефте- и газопроводов».

Объектом исследования является трехзвенный гидравлический кран-манипулятор транспортно-технологической машины для сварки трубопроводов (далее - кран-манипулятор).

Целью работы является повышение эффективности использования кранов-манипуляторов за счет увеличения грузоподъемности, расширения номенклатуры поднимаемых грузов, снижения мощности гидропривода на основе разработки инженерных методик расчета нагруженности, учитывающих индивидуальные условия эксплуатации, и методик, позволяющих оптимизировать геометрическую схему крана-манипулятора.

Методология и методы исследований. Теоретические исследования проводились на основе положений и методов теории упругости, теоретической механики, теории вероятностей и случайных процессов, методов матричной алгебры, аналитической геометрии, статистических испытаний, конечных элементов.

Научная новизна работы.

1. Разработана динамическая модель для исследования динамики крана-манипулятора при движении его элементов (рукояти, стрелы, поворотной колонны), учитывающая особенности работы гидропривода (параметры подачи рабочей жидкости), переменность эксплуатационных, инерционных и ветровой нагрузок.

2. Разработана динамическая модель передвижения крана-манипулятора по стохастически неровной поверхности с подвешенным грузом, содержащая элементы базового шасси и металлоконструкции крана-манипулятора.

3. Разработана математическая модель оптимального проектирования геометрической схемы крана-манипулятора.

4. Разработана имитационная модель и методика численного моделирования факторов нагруженности крана-манипулятора.

На защиту выносятся:

1. Модель и методика численного моделирования факторов нагруженности крана-манипулятора с применением метода статистических испытаний и имитационного моделирования, методика построения блоков распределения факторов нагруженности на основе анализа проектной документации.

2. Динамическая модель для исследования динамики и нагруженности крана-манипулятора при движении его элементов.

3. Динамическая модель передвижения крана-манипулятора по стохастически неровной поверхности с подвешенным грузом.

4. Математическая модель и методика оптимального проектирования геометрической схемы трехзвенного гидравлического крана-манипулятора.

Достоверность научных положений и выводов подтверждается результатами натурных экспериментов и опытом эксплуатации трехзвенных гидравлических кранов-манипуляторов.

Практическая значимость работы.

1. Разработана методика моделирования факторов нагруженности трехзвенного гидравлического крана-манипулятора, учитывающая реальные условия эксплуатации и характеристики технологического процесса строительства.

2. Разработана методика динамического анализа трехзвенного гидравлического крана-манипулятора при изменении конфигурации стрелы, при передвижении с грузом по стохастически неровной поверхности.

3. Разработаны рекомендации по выполнению расчетов трехзвенного гидравлического крана-манипулятора методом конечных элементов. Разработаны упрощенные модели гидроцилиндров и шарниров стрелы крана-манипулятора, позволяющие снизить трудоемкость расчета без потери точности. Выработаны рекомендации по выбору в зависимости от толщины стенок стрелы крана-манипулятора характерного размера конечного элемента.

4. Разработана схема модернизации (с увеличением грузоподъемности) трехзвенного гидравлического крана-манипулятора машины для сварки трубопроводов, учитывающая условия прочности и жесткости конструкции, а также рекомендации Ростехнадзора РФ. Разработанная конструкция защищена патентом на полезную модель.

5. Разработан комплекс программ для ЭВМ, позволяющих автоматизировать анализ факторов нагруженности, динамический анализ трехзвенного гидравлического крана-манипулятора и оптимизацию геометрической схемы крана-манипулятора.

Результаты выполненных исследований используются ООО «Промбезопас-ность» (г. Брянск) при экспертизе промышленной безопасности кранов-манипуляторов, ЗАО «Дизель-Ремонт» (г. Брянск) при производстве и модернизации кранов-манипуляторов машин для сварки трубопроводов, а также в учебном процессе на кафедре «Динамика и прочность машин» ФГБОУ ВПО «БГТУ».

Апробация работы. Результаты исследований были представлены на Международной научно-технической конференции «Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии» (Могилёв, Беларусь, 2011); Международной молодежной научной конференции по естественно-научным и техническим дисциплинам «Научному прогрессу - творчество молодых» (Йошкар-Ола, 2011); Международной научно-практической конференции ученых, аспирантов и студентов «Наука и современность» (Новосибирск, 2011); Международной заочной научной конференции «Технические науки: проблемы и перспективы» (Санкт-Петербург, 2011); II и III Международных научно-практических конфе-

ренциях «Достижения молодых учёных в развитии инновационных процессов в экономике, науке, образовании» (Брянск, 2010 и 2011); VIII Межрегиональной (международной) научно-технической конференции студентов и аспирантов «Информационные технологии, энергетика и экономика» (Смоленск, 2011) и др., а также на научных семинарах кафедры «Подъемно-транспортные машины и оборудование» ФГБОУ ВПО «БГТУ» (Брянск, 2010 и 2011).

Публикации. Результаты исследований, включённые в диссертационную работу, изложены в 22 публикациях (в том числе в 5 статьях в журналах, рецензируемых ВАК), получен патент на полезную модель RU №104167.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и результатов, списка использованной литературы из 179 источника, приложений. Объем работы с приложениями - 197 с. Диссертация содержит 90 рис., 25 табл., 5 прил.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, изложены ее научная новизна и практическая значимость, приведена краткая характеристика работы.

В первой главе выполнен обзор типовых конструкций кранов-манипуляторов; приведен анализ отечественных и зарубежных источников, посвященных проблемам проектирования (в том числе, оптимального), исследования динамики и нагруженности кранов-манипуляторов; сформулированы цели и задачи исследования.

Приводится литературный обзор научных работ В.А. Александрова, Ю.А. Алюшина, И.Н. Багаутдинова, П.Д. Безносенко, В.И. Брауде, П.С. Бурмака, В.И. Воробьева, Г.Ш. Гасымова, З.К. Емтыля, В.П. Ермольева, A.B. Жукова, П.Г. Колесникова, С.А. Казака, П.А. Корчагина, В.Ф. Кушляева, A.B. Лагерева,

H.A. Лобова, П.М. Мазуркина, А.И. Павлова, Д.Ю. Погорелова, В.Ф. Полетайки-на, Г.А. Рахманина, А.П. Татаренко, K.S. Fu, R.C. Gonzalez, M.S. Gorak, Y.J. Kim,

I. Kimura, C.S.G. Lee, A.K. Noor, M.A. Shahinpor, B.J. Torby, T.M. Wasfy и других.

Проанализированы следующие методы анализа динамики кранов-манипуляторов: экспериментальные методы; аналитические методы, основанные на анализе движения дискретных и континуальных динамических моделей, содержащих инерционные, упругие и диссипативные элементы; методы, базирующиеся на теории случайных процессов; численные методы (методы анализа многомассовых систем, метод конечных элементов). Определены достоинства и недостатки каждого метода.

Заканчивается обзор выводами, полученными по результатам изучения текущего состояния рассматриваемого вопроса, формулировкой целей и задач диссертационного исследования.

Во второй главе представлена методика моделирования факторов нагруженности крана-манипулятора с применением метода статистических испытаний и имитационного моделирования.

Нагруженность металлоконструкции крана-манипулятора машины для сварки трубопроводов определяется различными факторами, из которых к

главным относятся: масса поднимаемых грузов; число транспортируемых грузов за исследуемый период времени; конфигурация элементов стрелы в точке подъема груза, при перемещении груза, в точке опускания груза; уклоны опорной поверхности под машиной для сварки трубопроводов; микропрофиль опорной поверхности; величина перемещения машины для сварки трубопроводов; скорость движения машины для сварки трубопроводов; скорость и направление ветра; скорости работы гидроцилиндров.

Рассмотрим процесс получения последовательностей значений факторов нагруженности методом статистических испытаний. Переход к / -му уровню фактора О в 5-м вычислительном опыте осуществляется согласно условным вероятностям перехода Р г При этом в .у-м вычислительном опыте номер уровня фактора определяется следующим образом: 1 при хн<Рг_и,

к=1 к-, *■'

Здесь /5. - результат, полученный в л -м вычислительном опыте; ^ = 1 ..М; к = 1...(7У-1); х„ - случайное число, равномерно распределенное на интервале [0; 1]; N - число уровней фактора (число ступеней в блоке распределения); М- число вычислительных опытов; - количество полученных значений фактора лежащих в /-м диапазоне, после ¿ -1 вычислительных опытов, уБ-относительная частота г -й ступени блока распределения фактора.

После окончания процесса моделирования оказывается сформированной последовательность из М значений фактора (). Нагруженность крана-манипулятора в пределах одного цикла работы определяется совокупностью значений всех рассматриваемых факторов.

Для применения данного алгоритма на основе анализа проектной документации на трубопроводы общей протяженностью 1250 км построены блоки распределения факторов нагруженности крана-манипулятора. С их использованием установлено, что при моделировании факторов нагруженности по предложенной методике значения факторов нагруженности соответствуют исходным блокам распределения. Если использовать традиционный подход, то погрешность моделирования в зависимости от полноты блока составит 5... 30%.

При отсутствии достоверных данных о законах распределения факторов нагруженности предлагается использовать имитационное моделирование. Для этого строятся две взаимосвязанные модели: сетевая имитационная модель (СИМ) и модель трубопровода (МТ).

МТ служит для наглядного описания положения отдельных рабочих зон и параметров грузовых операций, выполняемых краном-манипулятором. В конечном счете с помощью МТ определяются конкретные значения факторов на-

груженности. МТ включает б себя характеристики трассы прокладываемого трубопровода, расположение его элементов (труб, задвижек, сварных швов), состояния опорной поверхности на строительной площадке (тип покрытия и уклоны в пределах каждого участка). На рис. I показано типичное графическое представление МТ с указанием точек расположения сварных стыков труб, в которых кран-манипулятор выполняет подъем и опускание палатки сварщика.

Рис. 1. Графическое представление модели трубопровода

Блок-схема алгоритма обслуживания заявок и моделирования факторов на-груженности с использованием разработанных моделей показана на рис. 2.

Сопоставлены результаты оценки факторов нагруженное™ крана-манипулятора по предложенной методике с результатами использования типовых блоков для различных групп режимов. Для примера вычислено максимальное усилие Рц на гидроцилиндре поворота рукояти крана-манипулятора. Реализации процесса изменения усилия приведены на рис. 3.

При использовании типовых блоков распределения массы грз'за шбез учета особенностей технологиче-

90ского процесса работы крана-

45манипулятора погрешность в опре-

о делении характеристик нагруженно-

1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 г г Г,

Рис. 3. Реализации усилия на сти Достигает 70% (рис. 3). При этом гидроцилиндре крана-манипулятора: они занижаются, что снижает реаль-1 - блок А1-АЗ; 2 блокА4-А5; ный запас усталостной долговечно-3-по методу статистических испытаний; сти металлоконструкции и отрица-4-полученные с использованием СИМ тельн0 влияет на безопасность эксплуатации.

В третьей главе разработаны динамическая модель для исследования динамики трехзвенного гидравлического крана-манипулятора при движении его элементов (рис. 4, а) и динамическая модель передвижения крана-манипулятора по стохастически неровной поверхности с подвешенным грузом (рис. 4, б). Представлена методика и математическая модель оптимального проектирования геометрической схемы трехзвенного гидравлического крана-манипулятора.

Рис. 4. Динамические модели крана-манипулятора: а - при движении звеньев; б - при передвижении машины

Модель (рис. 4, а) содержит семь степеней свободы д:: утлы ориентации звеньев крана-манипулятора (рукояти - ц., стрелы - ц2, поворотной колонны -д3), перемещение базового шасси в горизонтальном {д4) и вертикальном (д5) направлении, углы наклона поворотной колонны относительно вертикальной оси в продольной (д6) и поперечной (д.) плоскостях.

Рассмотрим принципы построения уравнений движения звеньев стрелы крана-манипулятора на примере рукояти. Из анализа геометрических соотношений в механизме вычисляем максимальный ход штока верхнего гидроцилицц-ра Ах,„,„. строим зависимость х, =/(</,), связывающую смещение штока гидроцилиндра с углом поворота рукояти, зависимость между линейной скоростью смещения штока гидроцилиндра и угловой скоростью поворота рукояти х,(¿/,,<7,), зависимость между ускорением смещения штока гидроцилиндра и угловым ускорением поворота рукояти Зс, ,<:/,, ).

С учетом зависимостей для определения действующих нагрузок уравнение движения поршня гидроцилиндра имеет вид

где Ш] - масса движущихся частей собственно гидроцилиндра ГД1; /??п)11 - приведенная масса движущихся частей крана (груза и рукояти), - интегральные выражения, содержащие действующие нагрузки и геометрические параметры систе-мы(// = 1. ..7); !•]„, - равнодействующая движущих сил; кщ, - коэффициент трения.

Данное уравнение интегрируется при следующих начальных условиях

и ограничениях:

- максимальной скорости поворота ut с учетом наибольшего возможного расхода рабочей жидкости через гидроцилиндр:

щ <тт(-е;:;/6), где - расход жидкости на входе в ГД1;

- максимального ускорения поворота с учетом величины тягового усилия гвдроцилиндра ГД1:

Используя данные уравнения, определяются скорости и ускорения поворота звеньев крана-манипулятора, а также внутренние силовые факторы в конструкции.

Аналогичным образом построены зависимости для исследования поворота стрелы; поворота поворотной колонны.

Уравнения движения элементов крана-манипулятора численно интегрировались модифицированным методом Рунге-Кутта, позволяющим учесть указанные ограничения, обусловленные физическими особенностями работы гидропривода.

На рис. 5-7 приведены результаты численного моделирования движения звеньев крана-манипулятора для следующих расчетных случаев:

- поворота рукояти (*//=0... 90°) при ¿/5=45", дз=сотХ;

- поворота стрелы (</?=0...90°) при д,=45'\ (¡¿=со\к\..

= 0) = </, ДО < </,„ < Д<7, );t(, (г = 0) = 0

а)

10 12 14 1.с

10 15 20 б)

б) б)

Рис. 5. Обобщенные коор- Рис. 6. Скорости и ускоре- Рис. 7. Скорости и ускоре-

динаты элементов: а - ния при повороте рукояти: ния при повороте стрелы:

рукояти; б - стрелы а - скорость; б - ускорение а - скорость; б - ускорение

В начальном периоде движения наблюдается переходный процесс длительностью 0,1... 0,2 с, в ходе которого резко возрастают скорости, ускорения и усилия гидродвигателей. Скорость движения резко увеличивается, так как текущий расход рабочей жидкости позволяет поддерживать движущее усилие на штоке гидроцилиндра. В то же время с ростом скорости увеличиваются инерционные нагрузки, что приводит к уменьшению движущего усилия, так как расход рабочей жидкости ограничен величиной подачи насоса. Это приводит к падению и дальнейшей стабилизации линейной скорости штоков гидроцилиндров на уровне номинальных значений. Полученные результаты соответствуют данным литературных источников.

При моделировании динамической нагруженности при передвижения крана-манипулятора по неровной поверхности с подвешенным грузом использованы данные об эквивалентной геометрической неровности опорной поверхности со спектральной плотностью Э (со). Аналитическое выражение для спектральной плотности неровностей пути соответствует случайному процессу.

Реализация процесса изменения нагрузки на конце стрелы крана-манипулятора машины АСТ-4-А показана на рис. 8.

Из рис. 8 видно, что динамические усилия, возникающие в металлоконструкции крана-манипулятора при проезде стесненных мест, на 20...30% ниже, чем в нормальном положении. Поэтому при перевозке груза на дальние расстояния рекомендуется привести стрелу в положение, показанное на рис. 2.

В нормальном положении жесткость конструкции ниже, поэтому частота процесса уменьшается на 25..35%. В этом случае процесс является более неравномерным, так как появляются дополнительные составляющие, вызванные боковой качкой из-за несимметричного расположения стрелы и груза относительно шасси.

13000.0 ® 10250.0 "500,0

I 4-50.0 2000.0

0.0

0.2

0.8

1.0

0,4 0,6 Время, с

Рис. 8. Реализация нагрузки: 1 - в нормальных условиях; 2 -при проезде стесненных участков

Наибольший вклад в величину динамических усилий вносят воздействия, вызванные движением машины по неровностям, и колебания подвешенного груза. С удалением от элементов подвески влияние геометрической неровности на характер динамических нагрузок в металлоконструкции крана-манипулятора падает, а влияние колебаний подвешенного груза - возрастает. Это объясняется наличием в системе демпферных устройств (гидроцилиндров).

На основе модели для исследования динамики трехзвенного гидравлического крана-манипулятора при движении его элементов разработана методика и математическая модель (рис. 9) оптимального проектирования геометрической схемы трехзвенного гидравлического крана-манипулятора.

Вектор управляемых параметров кинематической схемы включает следующие размеры

{х)Т={1Аа 9 1ЛЬ 1Ы

'¿е '/Л

Рис. 9. Геометрическая схема

а вектор неуправляемых параметров -,т

{г} ={Ц 12 Ц 1а /,„ }.

Задачу нелинейной условной оптимизации крана-манипулятора в общем случае формулируется следующим образом: для геометрической схемы требуется найти такое сочетание ее управляемых параметров, при котором достигается минимум оптимизируемого критерия качества (целевой функции) с учетом конструктивных, компоновочных и прочностных ограничений.

Вид целевой функции в задаче оптимизации определяется приоритетной целью проводимой модернизации транспортно-технологической машины, в качестве которой могут выступать:

1) повышение энергоэффекгивносга стопою гидропривода крана-манипулятора

1=2

ДАМ, Ы) = 5>М« +Я2;{/2;)->тт,

(=1

2) снижение уровня нагруженное™ металлоконструкции крана-манипулятора

+ с2(-шах|

У=2Цсг:

°2

+с3(- шах

сгя

'А'

-^тш,

где ; - номер движения (г=1 - поворот рукояти относительно шарнира А, ¡=2 ~ поворот стрелы относительно шарнира В); ии-,и2/ - максимальные значения эксплуатационной нагрузки на штоки гидроцилиндров привода рукояти и стрелы соответственно при выполнении 1-го движения; - весовой коэффициент влияния нагрузки на штоке / -го гидроцилиндра на напряженное состояние металлоконструкции при выполнении / -го движения; Ь,- - весовой коэффициент

влияния г-го движения на усилие на гидроцилиндре; сг;- - напряжение в ./ -и

секции; maxier-/[<т;]). - максимальное относительное напряжение в j -й сек-

j—\ ' 1

ции при движении j -й секции; су7 - весовой коэффициент влияния вклада относительного напряжения в j -й секции в напряженное состояние металлоконструкции при выполнении /-го движения.

В четвертой главе представлена методика анализа напряженно-деформированного состояния и нагруженности металлоконструкции крана-манипулятора, базирующаяся на методе конечных элементов. Предложен ряд новых моделей, позволяющих учесть особенности конструкции исследуемого объекта (модели гидроцилиндров, модели шарниров стрелы).

Для расчета конструкции в целом разработаны два принципиально различных алгоритма конечноэлементного расчета (на основе раздельной и на основе полной конечноэлементных моделей).

Смысл раздельной модели заключается в том, что создаются отдельные модели каждого звена стрелы крана-манипулятора. Влияние остальных частей стрелы на исследуемое звено учитывается с помощью дополнительных реактивных силовых факторов (сил и моментов). Данная модель не подходит для исследования динамической нагруженности конструкции в целом.

Полная конечноэлементная модель включает в себя все элементы несущей металлоконструкции крана-манипулятора: поворотную колонну, стрелу, рукоять, два гидроцилиндра, шарниры. Вычисление реактивных силовых факторов не требуется, а для расчета напряженно-деформированного состояния достаточно приложить внешние нагрузки. Эта модель подходит для решения как статических, так и динамических задач.

Результаты расчета (рис. 10) крана-манипулятора подтверждаются известными результатами статических испытаний с грузом в 930 кг (125% от номинальной грузоподъемности). Величина упругого прогиба составила 0,12 м, что при переводе на номинальную грузоподъемность дает прогиб 0,096 м. Таким обра-

Рис. 10. Результаты расчета с использованием 30м' погРешность в определении

m „. вертикального прогиба с исполь-

полнои модели: а - эквивалентные напряжения, ' !

,, т т с- зованием полной модели состав-

МПа; б - суммарные перемещения, м; , „ , „„,

ляет 6%, раздельной -12%.

Раздельная модель дает завышенные значения напряжений и заниженные значения перемещений. Это вызвано искажением условий закрепления элементов стрелы, что приводит к увеличению жесткоста конструкции. Напряжения, вычисленные с применением раздельной модели, в целом на 20...30% выше по сравнению с напряжениями, вычисленными с применением полной модели.

9.00-002

soo-ooa

I

з.оо-ооа

При проектировании металлоконструкции крана-манипулятора рекомендуется использовать полную модель, содержащую модели шарниров.

Характерный размер конечного элемента при расчете крана-манипулятора следует принимать равным (1... 2)8, где 8 - толщина поясов рукояти. Полученный результат отличается от существующих рекомендаций по расчету тонкостенных конструкций грузоподъемных машин, согласно которым размер элемента можно принимать равным (2...4)5, а для мостовых кранов - (5...6)8 без I потери точности расчета.

В пятой главе приведены результаты научных исследований по модернизации (с увеличением грузоподъемности с 0,75 т до 1,5 т) крана-манипулятора самоходной энергетической машины АСТ-4-А производства ЗАО «Дизель-Ремонт». Определена оптимальная конструкция крана-манипулятора.

Разработанная схема модернизации предполагает крепление к верхнему и нижнему поясам рукояти, к накладке и обечайке рычага рукояти, к боковым стенкам рычага рукояти деталей, повторяющих наружную форму рукояти, изготовленных из листового металла одной с металлом рычага марки с толщиной, равной толщине поясов рукояти (рис. 11). При этом к верхнему и нижнем}' поясам стрелы, к боковым стенкам хвостовой части стрелы крепятся детали, повторяющие наружную форму стрелы, изготовленные из листового металла одной с металлом стрелы марки с толщиной, равной удвоенной толщине поясов основной части рукояти (рис. 12). Конструкция защищена патентом РФ на полезную модель Яи №104167. Данная конструкция внедрена в производство.

Прочность разработанной конструкции была подтверждена расчетами с использованием полной конечноэлементной модели (гл. 4).

Рис. 12. Схема усиления стрелы

Анализ полученных результатов (рис. 13) показывает, что исходная геометрическая схема крана-манипулятора достаточна далека от оптимальной для обоих критериев оптимизации. Это свидетельствует о существенных потенциальных резервах повышения показателей качества выпускаемой в настоящее время машины и целесообразности ее модернизации. Поэтому в ходе работы с использованием разработанной методики оптимизации геометрической схемы крана-манипулятора дополнительно предложен другой вариант модернизации.

Максимальные значения тяговых усилий гидроцилиндров крана-манипулятора в процессе выполнения движений рукояти и стрелы, которые были достигнуты при оптимизации по первому критерию, оказались сниженными с 96,9 кН до 57,5 кН (гидродвигатель движения рукояти) и с 130,2 кН до 68,9 кН (гидродвигатель движения стрелы), т.е. приблизительно на 41% и 47% соответственно. Это позволяет установить в выпускаемой в настоящее время машине

Рис. 11. Схема усиления рукояти

АСТ-4-А гидроцилиндры меньшего типоразмера номинальным диаметром по 110 мм и 140 мм, соответственно, при сохранении паспортных значений скорости.. Это позволит снизить суммарный расход рабочей жидкости с 47,1 л/мин до 21,3 л/мин, т.е. приблизительно на 56%, и сократить потребляемую мощность гидропривода приблизительно на 44%.

исполнения геометрической схемы и оптимизации: а - повышение энергоэффективности гидропривода; б - снижение уровня нагруженности металлоконструкции

Оптимизация по второму критерию позволяет снизить уровень относительных напряжений в среднем с 0,62 до 0,42, т.е приблизительно на 32%. Это позволяет повысить номинальную грузоподъемность крана-манипулятора до 1,1 т (в 1,47 раза) без дополнительного усиления его металлоконструкции.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Созданный комплекс методически взаимоувязанных математических моделей оценки динамической нагруженности и оптимизации геометрической схемы трехзвенных гидравлических кранов-манипуляторов, а также инженерных методик их реализации вносит вклад в решение актуальной научной и практической задачи повышения эффективности использования транспортно-технологических машин для строительства магистральных газопроводов и развития трубопроводной системы РФ.

2. Разработаны динамические модели трехзвенного гидравлического крана-манипулятора при движении его элементов (рукояти, стрелы, поворотной колонны), учитывающие режим работы силового гидропривода (параметры подачи рабочей жидкости, скорости движения приводных гидродвигателей, переменность эксплуатационных, инерционных и ветровой нагрузок) и переменность инерционных характеристик металлоконструкции самого крана и перемещаемого им груза.

3. Разработана динамическая модель передвижения с подвешенным грузом транспортно-технологической машины, оснащенной трехзвенным гидравлическим краном-манипулятором, по стохастически неровной грунтовой поверхности. Элементы базового шасси и металлоконструкция крана-манипулятора рассматриваются как единая динамическая система. С удалением от элементов шасси влияние неровностей на характер динамических нагрузок в металлоконструкции крана-манипулятора падает, а влияние колебаний подвешенного груза — возрастает. Динамические усилия в металлоконструкции крана при проезде стесненных мест на 20...30% ниже, чем при транспортировке груза в нормальном транспортном положении.

4. Разработана математическая модель оптимального выбора геометрических размеров геометрической схемы трехзвенных гидравлических кранов-манипуляторов при их модернизации, реализующие различные критерии оптимальности конструкции при наиболее неблагоприятных условиях ее нагружения в процессе работы крана-манипулятора и обеспечении прочности и жесткости металлоконструкции. Применение при модернизации энергетической машины АСТ-4-А геометрической схемы, оптимальной по критерию повышения энергоэффективности гидропривода, приводит к снижению номинальной мощности силового гидропривода на 44%. Оптимизация по критерию снижения уровня нагруженности металлоконструкции позволяет повысить номинальную грузоподъемность крана-манипулятора в 1,47 раза без дополнительного усиления металлоконструкции.

5. Разработаны базирующиеся на методе конечных элементов полная и раздельная модели и методики анализа напряженно-деформированного состояния и нагруженности металлоконструкции крана-манипулятора, а также даны рекомендации по их рациональному использованию. Модели отличаются различной вычислительной эффективностью: раздельная модель требует в 3...5 раз меньших затрат расчетного времени. Обладающая наибольшей достоверностью полная конечноэлементная модель эффективна при проектных расчетах, так как рассматривает кран-манипулятор (включая шарниры и приводные гидродвигатели) как единую систему. Раздельная конечноэлементная модель эффективна при проверочных расчетах, когда желательна быстрая верхняя оценка уровня действующих напряжений и деформаций. Показано, что рациональный размер конечных элементов при анализе напряженно-деформированного состояния следует принимать равным 1... 2 толщинам пояса рукояти.

6. Разработаны модель и методика численного моделирования факторов нагруженности металлоконструкции крана-манипулятора с применением метода статистических испытаний и имитационного моделирования. Данные методики, учитывающие реальные условия эксплуатации крана-манипулятора, характеристики технологического процесса строительства и особенности трассы сооружаемого трубопровода, обеспечивают более достоверную оценку параметров нагруженности крана-манипулятора по сравнению с использованием типовых блоков нагружения, приводящих к погрешности до 70% в сторону занижения реального уровня нагруженности.

7. Созданный вычислительный программный комплекс позволяет автоматизировать построение блоков нагружения при оценке факторов нагруженности

крана-манипулятора, проведение его динамического анализа в процессе отработки движений отдельными звеньями и расчет напряженно-деформированного состояния металлоконструкции, а также позволяет моделировать случайный процесс изменения напряжений в металлоконструкции крановой установки при передвижении транспортно-технологической машины по стохастически неровной поверхности с подвешенным грузом.

8. Предложенное новое техническое решение по совершенствованию металлоконструкции крана-манипулятора в 1,5...2 раза повышает ее несущую способность. При модернизации энергетической машины АСТ-4-А применение данного решения позволяет повысить номинальную грузоподъемность крановой установки в 2 раза (с 0,75 т до 1,5 т) без изменения конструктивной схемы металлоконструкции и параметров силового гидропривода. Повышение грузоподъемности увеличивает эффективность применения подобных кранов-манипуляторов в связи с расширением номенклатуры перемещаемых ими грузов и, как следствие, с сокращением числа типоразмеров используемых при строительстве трубопроводов грузоподъемных машин, что особенно актуально для удаленных и труднодоступных районов РФ.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В журналах из списка ВАК:

1. Лагерев, И.А. Динамический анализ трехзвенного гидравлического крана-манипулятора / И. А. Лагерев, A.B. Лагерев//Вестн. БГГУ. - 2011. -№3. - С. 9-16.

2. Лагерев, И.А. Динамическая нагруженность крана-манипулятора машины для сварки трубопроводов при движении с грузом / И.А. Лагерев // Подъемно-транспортное дело. - 2011. -№3. - С. 7-9.

3. Лагерев, И.А. Моделирование напряженно-деформированного состояния крана-манипулятора машины для сварки трубопроводов / И.А. Лагерев // Изв. высш. учеб. заведений. Машиностроение. - 2011. - №4. - С. 29-36.

4. Лагерев, A.B. Модернизация крана-манипулятора самоходной энергетической машины АСТ-4-А / A.B. Лагерев, И.А. Лагерев, В.В. Говоров // Вестн. БГТУ. - 2010. - №4. - С. 59-66.

5. Лагерев, И.А. Моделирование факторов нагруженности металлоконструкции мостового крана на основе сетевой имитационной модели / И.А. Лагерев // Вестн. БГТУ. - 2010. -№2. - С. 74-81.

Документы на объекты интеллектуальной собственности:

6. Трехзвенный гидравлический кран-манипулятор: пат. 104167 Рос. Федерация : МПК7 В66С23/00 / авторы и заявители Лагерев И.А., Лагерев A.B.; патентообладатель ГОУ ВПО «БГТУ». - № 2010153018/11; заявл. 23.12.10; опубл. 10.05.2011,Бюл.№ 13.

Публикации в других изданиях:

7. Лагерев, И.А. Динамическая нагруженность и оптимальное проектирование трехзвенного гидравлического крана-манипулятора / И.А. Лагерев // Материалы III Междунар. научн.-пракг. конф. «Достижения молодых ученых в

развитии инновационных процессов в экономике, науке, образовании» / под ред. И.А. Лагерева. - Брянск: БГТУ, 2010. - Ч. 1 - С. 4244.

8. Лагерев, И. А. Оценка нагруженности при оптимальном проектировании крана-манипулятора машины для сварки трубопроводов / И.А. Лагерев // «Наука и современность - 2011»: сборник материалов VIII Международной научн.-практ. конф. / Под. общ. ред. С.С. Чернова. - Новосибирск: ЦРНС, 2011. - Ч. 2. - С. 174-178.

9. Лагерев, И.А. Оптимизация трехзвенного механизма грузоподъемной машины по критерию минимального усилия на гидроцилиндрах / И.А. Лагерев // Инновационный потенциал молодежи Брянской области: достижения и перспективы (Брянск 2011): Материалы науч.-практ. конф. - Брянск: НОЧУ «Центр бизнес-образования», 2011. - С. 17-19.

10. Лагерев, И.А. Кинематический расчёт трехзвенного крана-манипулятора / И.А. Лагерев // Сборник материалов Междунар. научн.-техн. конф. «Материалы, технологии и ресурсосберегающие технологии. - Могилев: БРУ, 2011. -Ч. 2. - С. 12-13.

11. Лагерев, И.А. Моделирование технологического процесса работы крана-манипулятора машины для сварки трубопроводов / И.А. Лагерев // Сборник трудов 8-й Межрег. научн.-техн. конф. студентов и аспирантов - Смоленск: ГОУВПОМЭИ(ТУ),2011. -Т. 1.- С. 138-143.

12. Лагерев, И.А. Прочностной расчет крана-манипулятора машины для сварки трубопроводов / И.А. Лагерев // Материалы научн. конф. Совета МНТО / под ред. И.А. Лагерева. - Брянск: БГТУ, 2011. - С. 25-26.

13. Лагерев, И.А. Сравнительный анализ конечноэлементных моделей гидроцилиндров крана-манипулятора / И.А. Лагерев // Материалы научн. конф. Совета МНТО / под ред. И.А. Лагерева. - Брянск: БГТУ, 2011. - С. 27-28.

14. Лагерев, И.А. Моделирование шарниров стрелы грузоподъемного крана / И.А. Лагерев // Материалы III Междунар. научн.-практ. конф. «Достижения молодых ученых в развитии инновационных процессов в экономике, науке, образовании» / под ред. И. А. Лагерева. - Брянск: БГТУ, 2010. - 4.1 - С. 4446.

15. Лагерев, И.А. Влияние массы опорного катка базового шасси на нагру-женность трехзвенного крана-манипулятора / И.А. Лагерев // Материалы III региональной научно-практической конференции молодых исследователей и специалистов «Проведение исследования по приоритетным направлениям современной науки для создания инновационных технологий» / под ред. И.А. Лагерева. - Брянск: БГТУ, 2011. - С. 49-51.

16. Лагерев, И.А. Влияние параметров демпфера подвески базового шасси на нагруженность трехзвенного крана-манипулятора / И.А. Лагерев // Материалы II Международной заочной научн.-практ. конф. «Актуальные проблемы науки». - Тамбов: ТРОО «Бизнес-Наука-Общество», 2011. - Ч. 2. - С. 78-79

17. Лагерев, И.А. Модернизация процесса строительства магистральных трубопроводов с использованием кранов-манипуляторов / И.А. Лагерев // Энергетика, информатика, инновации - 2011: Сборник Междунар. научн.-техн. конф,-Смоленск: ГОУ ВПО МЭИ(ТУ), 2011. - Т. 1. - С. 217-220.

18. Лагерев, И.А. Модернизация системы доставки грузов при строительстве трубопроводов с использованием усовершенствованных кранов-

манипуляторов / И.А. Лагерев, A.A. Реутов // Сборник тезисов первой Всероссийской научн.-практ. конф. «Логистика - наука XXI века» / Под редакцией A.B. Лагерева, Л. А. Карабан. - Брянск: БГТУ, 2011. - С. 127-128.

19. Лагерев, И.А. Увеличение грузоподъемности крана-манипулятора машины для сварки трубопроводов «АСТ-4-А» / И.А. Лагерев // Сборник материалов Между нар. заочной научн. конф. «Технические науки: проблемы и перспективы». -С.-Пб.: Молодой учёный, 2011. - С. 83-85.

20. Лагерев, И.А. Увеличение грузоподъемности крана-манипулятора машины для сварки трубопроводов / И.А. Лагерев // Научному прогрессу - творчество молодых: сб. научн. тр. Международ, молодежной научн. конф. в 3 ч. -Йошкар-Ола: МарГТУ, 2011. - Ч. 1. - С. 68-69.

21. Лагерев, И.А. Оптимальное проектирование крана-манипулятора машины для сварки трубопроводов / И.А. Лагерев // Научному прогрессу - творчество молодых: сб. научн. тр. Международ, молодежной научн. конф.: в 3 ч. -Йошкар-Ола: МарГТУ, 2011. - С. 66-67.

22. Лагерев, A.B. Увеличение грузоподъемности крана-манипулятора самоходной энергетической машины АСТ-4-А / A.B. Лагерев, И.А. Лагерев, В.В. Говоров // Материалы Междунар. научн.-практ. конф. «Достижения молодых ученых в развитии инновационных процессов в экономике, науке, образовании» / под ред. И.А. Лагерева. - Брянск: БГТУ, 2010. - С. 13-14.

Личный вклад автора в работах, опубликованных в соавторстве:

В работе [1] - разработка методики кинематического и силового анализа крана-манипулятора, разработка численного алгоритма интегрирования уравнений движения системы с учетом физических ограничений на подачу рабочей жидкости в гидроцилиндры, анализ полученных результатов. В работах [4], [6], [18] и [22] - анализ нагруженности крана-манипулятора, кинематиченский и силовой анализ конструкции, разработка схем усиления стрелы, расчеты на прочность и жесткость методом конечных элементов.

Подписано в печать 07.11.2011 г. Формат60х34 1/16. Бумага офсетная. Офсетная печать. Усл. изд. л. 1,0. Тираж 110 экз. Заказ 141. Бесплатно.

Издательство Брянского государственного технического университета 241035, г. Брянск, БГТУ, бульвар им. 50-летия Октября, 7. Телефон 58-82-49. Лаборатория оперативной полиграфии БГТУ, ул. Институтская, 16.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ КРАНОВ-МАНИПУЛЯТОРОВ

1.1. Конструкции кранов-манипуляторов.

1.2. Условия эксплуатации кранов-манипуляторов.

1.3. Оценка нагруженности и оптимизация кранов-манипуляторов

1.4. Выводы по главе.

1.5. Постановка целей и задач исследования.

2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ФАКТОРОВ НАГРУЖЕННОСТИ КРАНА-МАНИПУЛЯТОРА МАШИНЫ ДЛЯ СВАРКИ ТРУБОПРОВОДОВ.

2.1. Факторы нагруженности крана-манипулятора.

2.2. Методика численного моделирования факторов нагруженности крана-манипулятора.

2.2.1. Моделирование методом статистических испытаний.

2.2.2. Имитационное моделирование.

2.3. Программный комплекс имитационного моделирования факторов нагруженности крана-манипулятора.

2.4. Моделирование факторов нагруженности машины на примере ООО «Спецстрой».

2.5. Выводы по главе.

3. ОЦЕНКА НАГРУЖЕННОСТИ КРАНА-МАНИПУЛЯТОРА МАШИНЫ ДЛЯ СВАРКИ ТРУБОПРОВОДОВ.

3.1. Динамический анализ крана-манипулятора при поворотных движениях звеньев.

3.1.1. Динамический анализ крана-манипулятора при поворотном движении рукояти.

3.1.2. Динамический анализ крана-манипулятора при поворотном движении стрелы.

3.1.3. Динамический анализ крана-манипулятора при поворотном движении колонны.

3.2. Оптимизация крана-манипулятора.

3.3. Динамический анализ крана-манипулятора при движении с грузом

3.3.1. Моделирование геометрической неровности опорной поверхности

3.3.2. Динамика движения машины для сварки трубопроводов

3.4. Выводы по главе.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ И ДИНАМИЧЕСКОЙ НАГРУЖЕННОСТИ КРАНА-МАНИПУЛЯТОРА МАШИНЫ ДЛЯ СВАРКИ-ТРУБОПРОВОДОВ . МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.

4.1. Методика расчета крана-манипулятора методом конечных элементов.

4.2. Моделирование гидроцилиндров крана-манипулятора.

4.3. Моделирование шарниров стрелы крана-манипулятора.

4.4. Конечноэлементные модели крана-манипулятора.

4.5. Влияние характерного размера конечного элемента на точность результатов и время расчета.

4.6. Моделирование динамической нагруженности металлоконструкции крана-манипулятора.

4.7. Выводы по главе.

5. МОДЕРНИЗАЦИЯ КРАНА-МАНИПУЛЯТОРА САМОХОДНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ МАШИНЫ АСТ-4-А

5.1. Повышение грузоподъемности крана-манипулятора самоходной энергетической машины АСТ-4-А.

5.2. Оптимизация крана-манипулятора самоходной энергетической машины АСТ-4-А.

Сегодня российская экономика в большой степени зависит от добычи нефти и природного газа, доля которых в экспорте составляет до 70%. Ежегодно на территории нашей страны добывается 500 миллионов тонн нефти и 600 миллиардов кубических метров газа [136; 137]. Основные месторождения углеводородного сырья расположены в Западной Сибири, а основные потребители -в европейской части России и в странах Европы. Поэтому добытое сырье необходимо транспортировать на большие расстояния. Для этого наиболее подходит трубопроводный транспорт, доля которого в общем объеме перевозок достигает трети общего грузооборота страны.

В настоящее время в России эксплуатируются 63 тыс. км нефтепроводов и 160 тыс. км газопроводов. При этом преобладают трубопроводы большого диаметра (1220 и 1420 мм) и значительной протяженности в широтном направлении [102]. Для под держания магистральных трубопроводов в исправном состоянии требуется регулярное проведение ремонтно-профилактических работ, в том числе с заменой отдельных участков или всего трубопровода. Также необходима своевременная модернизация морально устаревшего или изношенного оборудования [133].

Продолжаются работы по дальнейшему развитию сети магистральных трубопроводов. Стратегия развития ОАО «Газпром» предусматривает расширение транспортных мощностей и диверсификацию маршрутов транспортировки газа [148]. Приоритетными проектами в настоящее время являются строительство газопроводов «Северный поток» (в Германию), «Южный поток» (в Болгарию) и «Голубой поток» (в Турцию). Планируется расширение Уренгойского газотранспортного узла. Эти мероприятия позволят увеличить объемы и повысить надежность поставки газа в европейские страны. Также ОАО «Газпром» участвует в развитии газотранспортных сетей в Центральной Азии и на Дальнем Востоке.

ГК «Транснефть» в настоящее время ведет строительство нефтепровода «БТС-2», трасса которого проходит по территории Брянской области. С завершением строительства второго пускового комплекса пропускная способность нефтепровода составит до 50 миллионов тонн в год.

Строительство и обслуживание трубопроводов требует наличия современных технических средств и специализированных транспортно-технологических машин: трубоукладчиков, передвижных электростанций, экскаваторов, грузоподъемных кранов, насосных агрегатов, сварочного оборудования и др.

Важнейшим технологическим процессом при сооружении трубопровода является сварка труб. От качества выполнения сварных швов зависит надежность и безопасность эксплуатации трубопровода. Известны крупные аварии, вызвавшие большой экономический ущерб и человеческие жертвы, причиной которых стало низкое качество сварных швов [2; 6; 138]. Это обуславливает необходимость непрерывного совершенствования и комплексного внедрения современного сварочного оборудования и приспособлений.

Для обеспечения сварочного оборудования электроэнергией используются передвижные электростанции на гусеничном ходу — транспортно-технологичес-кие машины для сварки трубопроводов (далее - машины для сварки трубопроводов) [3; 36, 38; 45; 95; 132]. На них устанавливаются трехзвенные гидравлические краны-манипуляторы (далее — краны-манипуляторы) с поворотной стрелой, предназначенные для подъема и перемещения палатки сварщика в зону сварки стыка труб. Палатка сварщика защищает сварной шов и самого рабочего-сварщика от неблагоприятного влияния окружающей среды, что особенно важно в неблагоприятных климатических условиях Сибири и Дальнего Востока. Дополнительно кран-манипулятор может быть использован и для перемещения на строительной площадке трубопровода других необходимых грузов.

Кран-манипулятор - это стреловая грузоподъемная машина, используемая для погрузочно-разгрузочных работ, как правило, установленная на мобильную платформу. Такие краны являются одним из широко распространенных видов технологического оборудования, используемого в нефте- и газодобывающей отраслях, строительстве, лесной и металлообрабатывающей промышленности, сельском хозяйстве, дорожном строительстве. Они предназначены для работы в стеснённых условиях или там, где невозможно применение кранов других типов.

Строительство трубопроводов зачастую ведется в труднопроходимой местности, поэтому использование стреловых автомобильных кранов затруднено. С другой стороны, машины для сварки трубопроводов имеют гусеничный движитель, наиболее пригодный для работы на сильно пересеченной и болотистой местности. Однако низкая грузоподъемность существующих кранов-манипуляторов машин для сварки трубопроводов не позволяет перемещать по строительной площадке все необходимые грузы. Масса палатки сварщика отечественного производства не превышает 1,0 т, иностранного - 1,5 т. А масса железобетонных плит, используемых при строительстве временных или постоянных переездов через коммуникации, достигает 2,2 т, вес катушек - 3,0 т. Таким образом, с целью снижения номенклатуры грузоподъемного оборудования, которое необходимо задействовать при строительстве магистральных нефте- и газопроводов, требуется разработка и производство кранов-манипуляторов повышенной грузоподъемности [66; 71].

Повышение эффективности использования кранов-манипуляторов (в том числе машин для сварки трубопроводов) невозможно без использования методов оптимального проектирования, позволяющих снизить стоимость производства и эксплуатации конструкции. Это особенно важно при разработке кранов высокой грузоподъемности [144].

К настоящему времени разработаны и используются на практике многочисленные методы исследования динамики, прочности и оптимального проектирования механизмов и несущих металлоконструкций грузоподъемных машин, в том числе кранов стрелового типа [50; 67; 122; 144, 163]. Однако недостаточно проработан вопрос применения этих методов при проектировании кранов-манипуляторов машин для сварки трубопроводов [66; 71; 79; 125]. Не в полной мере учитывается индивидуальная нагруженность объекта. Поэтому прикладные теории оптимального проектирования этих грузоподъемных машин должны получить дальнейшее развитие. Таким образом, тема диссертационного исследования является актуальной.

Данная диссертационная работа, состоящая из 5 глав, посвящена вопросам оценки динамической нагруженности и оптимизации трехзвенного гидравлического крана-манипулятора транспортно-технологической машины для сварки трубопроводов. Объем работы с приложениями - 197 с. Диссертация содержит 90 рис., 25 табл., 5 прил., 179 источников.

В первой главе приведен обзор типовых конструкций кранов-манипуляторов, выпускаемых ведущими отечественными и зарубежными производителями; проанализированы условия функционирования кранов-манипуляторов; представлена оценка современных подходов к исследованию динамической нагруженности и оптимизации механизмов и несущих металлоконструкций грузоподъемных машин; определены цели и задачи диссертационного исследования.

Во второй главе представлена методика численного моделирования факторов нагруженности крана-манипулятора, позволяющая в максимальной степени учесть индивидуальные особенности условий его эксплуатации.

В третьей главе разработаны динамическая модель крана-манипулятора при движении его элементов (рукояти, стрелы, поворотной колонны), учитывающая режим работы гидропривода (параметры подачи рабочей жидкости) и переменность инерционных характеристик конструкции; динамическая модель передвижения крана-манипулятора по стохастически неровной поверхности с подвешенным грузом, включающая как единую систему элементы базового шасси и металлоконструкции крана-манипулятора и учитывающая условия эксплуатации машин для сварки трубопроводов; модель и методика оптимизации несущей металлоконструкции и силового гидропривода крана-манипулятора.

В четвертой главе предложены эффективные модели гидроцилиндров и шарниров стрелы, позволяющие включить их в структуру полной трехмерной конечноэлементной модели металлоконструкции крана-манипулятора. Обоснована необходимость применения полной модели и определены условия, при которых возможно использование раздельной конечноэлементной модели, выполнен анализ влияния характерного размера конечного элемента на точность расчета.

В пятой главе освещены результаты модернизации крана-манипулятора самоходной энергетической машины АСТ-4-А с использованием разработанных моделей, расчетных методик и компьютерных программ.

Научная новизна работы заключается в следующем.

1. Разработана динамическая модель трехзвенного гидравлического крана-манипулятора при движении его элементов (рукояти, стрелы, поворотной колонны), учитывающая режим работы гидропривода (параметры подачи рабочей жидкости), переменность инерционных характеристик конструкции, переменность эксплуатационных, инерционных и ветровой нагрузок

2. Разработана динамическая модель передвижения трехзвенного гидравлического крана-манипулятора по стохастически неровной поверхности с подвешенным грузом, включающая как единую систему элементы базового шасси и металлоконструкции крана-манипулятора и учитывающая условия эксплуатации машин для сварки магистральных трубопроводов.

3. Разработана математическая модель оптимального выбора геометрических параметров конструктивной схемы крана-манипулятора.

4. Разработана имитационная модель и методика численного моделирования факторов нагруженности крана-манипулятора машины для сварки трубопроводов.

Теоретические исследования проводились на основе положений и методов теории упругости, теоретической механики, теории вероятностей и случайных процессов, методов матричной алгебры, аналитической геометрии, статистических испытаний, конечных элементов.

Диссертационная работа выполнена на кафедре «Подъемно-транспортные машины и оборудование» ФГБОУ ВПО «Брянский государственный технический университет».

Результаты исследований, включённые в диссертационную работу, изложены в 22 публикациях (в том числе в 5 статьях в журналах, рецензируемых ВАК), получен патент РФ на полезную модель [120] и свидетельство о регистрации программы для ЭВМ.

Результаты исследований были представлены на Международной научно-технической конференции «Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии» (Могилёв, Беларусь, 2011); Международной молодежной научной конференции по естественно-научным и техническим дисциплинам «Научному прогрессу - творчество молодых» (Йошкар-Ола, 2011); Международной научно-практической конференции ученых, аспирантов и студентов «Наука и современность» (Новосибирск, 2011); Международной заочной научной конференции «Технические науки: проблемы и перспективы» (Санкт-Петербург, 2011); II и III Международных научно-практических конференциях «Достижения молодых учёных в развитии инновационных процессов в экономике, науке, образовании» (Брянск, 2010 и 2011); VIII Межрегиональной (международной) научно-технической конференции студентов и аспирантов «Информационные технологии, энергетика и экономика» (Смоленск, 2011); II Региональной научно-практической конференции молодых исследователей и специалистов «Проведение исследований по приоритетным направлениям современной науки для создания инновационных технологий» (Брянск, 2011); на семинарах кафедры «Подъемно-транспортные машины и оборудование» БГТУ (Брянск, 2011).

Результаты работы отмечены дипломом Областного конкурса научных работ ученых «Наука области - Брянщине» (2010); дипломом I степени Международной научно-практической конференции «Достижения молодых учёных в развитии инновационных процессов в экономике, науке, образовании» (2010); почетной грамотой конкурса инновационных проектов «У.М.Н.И.К.» (2011); дипломом I степени Международной научной конференции «Научному прогрессу - творчество молодых» (2011).

Научные исследования поддержаны государственным Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере по госконтракту №8991р/14117 от 01.04.2011 г. «Универсальный гидравлический кран-манипулятор для транспортных машин, обслуживающих строительство магистральных нефте- и газопроводов».

Выполнен ряд исследований крана-манипулятора самоходной энергетической машины «АСТ-4-А» по заказу ЗАО «Дизель-Ремонт» (г. Брянск).

Разработанные методики и комплекс компьютерных программ используются: ЗАО «Дизель-Ремонт» (г. Брянск) при производстве и ремонте кранов-манипуляторов самоходных энергетических машин; научно-инженерным центром по промышленной безопасности и экспертизе подъемных сооружений ООО «Промбезопасность» (г. Брянск) при экспертизе, ремонте и модернизации кранов-манипуляторов; ФГБОУ ВПО «Брянский государственный технический университет» в учебном процессе на кафедре «Динамика и прочность машин».

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Созданный комплекс методически взаимоувязанных математических моделей оценки динамической нагруженности и оптимизации кинематической схемы трехзвенных гидравлических кранов-манипуляторов, а также инженерных методик их реализации вносит вклад в решение актуальной научной и практической задачи повышения эффективности использования транспортно-технологических машин для строительства магистральных газопроводов и развития трубопроводной системы РФ.

2. Разработаны динамические модели трехзвенного гидравлического крана-манипулятора при движении его элементов (рукояти, стрелы, поворотной колонны), учитывающие режим работы силового гидропривода (параметры подачи рабочей жидкости, скорости движения приводных гидродвигателей, переменность эксплуатационных, инерционных и ветровой нагрузок) и переменность инерционных характеристик металлоконструкции самого крана и перемещаемого им груза.

3. Разработана динамическая модель передвижения с подвешенным грузом транспортно-технологической машины, оснащенной трехзвенным гидравлическим краном-манипулятором, по стохастически неровной грунтовой поверхности. Элементы базового шасси и металлоконструкция крана-манипулятора рассматриваются как единая динамическая система. С удалением от элементов шасси влияние неровностей на характер динамических нагрузок в металлоконструкции крана-манипулятора падает, а влияние колебаний подвешенного груза - возрастает. Динамические усилия в металлоконструкции крана при проезде стесненных мест на 20.30% ниже, чем при транспортировке груза в нормальном транспортном положении.

4. Разработана математическая модель оптимального выбора геометрических размеров кинематической схемы трехзвенных гидравлических кранов-манипуляторов при их модернизации, реализующие различные критерии оптимальности конструкции при наиболее неблагоприятных условиях ее нагружения в процессе работы крана-манипулятора и обеспечении прочности и жесткости металлоконструкции. Применение при модернизации энергетической машины АСТ-4-А кинематической схемы, оптимальной по критерию повышения энергоэффективности гидропривода, приводит к снижению номинальной мощности силового гидропривода на 44%. Оптимизация по критерию снижения уровня нагруженности металлоконструкции позволяет повысить номинальную грузоподъемность крана-мани-пулятора в 1,47 раза без дополнительного усиления его металлоконструкции.

5. Разработаны базирующиеся на методе конечных элементов полная и раздельная модели и методики анализа напряженно-деформированного состояния и нагруженности металлоконструкции крана-манипулятора, а также даны рекомендации по их рациональному использованию. Методики отличаются различной вычислительной эффективностью: раздельная методика требует в 3.5 раз меньших затрат расчетного времени. Обладающая наибольшей достоверностью полная конечноэлементная модель эффективна при проектных расчетах, так как рассматривает кран-манипулятор (включая шарниры и приводные гидродвигатели) как единую систему. Раздельная конечноэлементная модель эффективна при проверочных расчетах, когда желательна быстрая верхняя оценка уровня действующих напряжений и деформаций. Показано, что рациональный размер конечных элементов при анализе напряженно-деформированного состояния следует принимать равным 1. .2 толщинам пояса рукояти.

6. Разработаны модель и методика численного моделирования факторов нагруженности металлоконструкции крана-манипулятора с применением метода статистических испытаний и имитационного моделирования, а также методика построения блоков распределения факторов нагруженности на основе анализа про-ектно-строительной документации. Данные методики, учитывающие реальные условия эксплуатации транспортно-технологической машины, характеристики технологического процесса строительства и особенности трассы сооружаемого трубопровода, обеспечивают более достоверную оценку параметров нагруженности крана-манипулятора по сравнению с использованием типовых блоков нагружения, приводящих к погрешности до 70% в сторону занижения реального уровня нагруженности.

7. Созданный вычислительный программный комплекс позволяет автоматизировать построение блоков нагружения при оценке факторов нагруженности крана-манипулятора, проведение его динамического анализа в процессе отработки движений отдельными звеньями и расчет напряженно-деформированного состояния металлоконструкции, а также позволяет моделировать случайный процесс изменения напряжений в металлоконструкции крановой установки при передвижении транспортно-технологической машины по стохастически неровной поверхности с подвешенным грузом.

8. Предложенное новое техническое решение по совершенствованию металлоконструкции крана-манипулятора в 1,5.2 раза повышает ее несущую способность. При модернизации энергетической машины АСТ-4-А применение данного решения позволяет повысить номинальную грузоподъемность крановой установки в 2 раза (с 0,75 т до 1,25 т) без изменения конструктивной схемы металлоконструкции и параметров силового гидропривода. Повышение грузоподъемности увеличивает эффективность применения подобных кранов-манипуляторов в связи с расширением номенклатуры перемещаемых ими грузов и, как следствие, с сокращением числа типоразмеров используемых при строительстве трубопроводов грузоподъемных машин, что особенно актуально для удаленных и труднодоступных районов РФ.

9. Результаты исследований использованы ООО «Промбезопасность» (г. Брянск) при экспертизе промышленной безопасности кранов-манипуляторов, ЗАО «Дизель-Ремонт» (г. Брянск) при производстве и ремонте кранов-манипуляторов машин для сварки трубопроводов, в учебном процессе на кафедрах «Подъемно-транспортные машины и оборудование» и «Динамика и прочность машин» Брянского государственного технического университета.

1. Абрамович, И.И. Грузоподъемные краны промышленных предприятий: Справ. / И.И. Абрамович. М.: Машиностроение, 1989.

2. Аварии с разливами нефти на магистральных трубопроводах компании ОАО «АК Транснефть»: сайт. Режим доступа: http://news.babr.ru/?IDE=28552.

3. Агрегаты для сварки трубопроводов на шасси трактора ДТ-75 // ЗАО «Дизель-Ремонт»: сайт. Режим доступа: Шр://ё12е1-гетоп1.ги/рпсе.зЬ1т1?1ё=14.

4. Акулич, И.Л. Математическое программирование в примерах и задачах / И.Л. Акулич. М.: Высшая школа, 1986. - 319 с.

5. АЗ «Чайка-Сервис»: сайт. Режим доступа: http://www.amcoveba.ru.

6. Аладинский, В.В. Формирование требований к геометрии и свойствам сварных соединений труб, обеспечивающих надежность трубопроводов / В.В. Аладинский, А.В. Мельникова // Наука и техника в газовой промышленности. 2009. - № 4. - С. 43-52.

7. Александров, М.П. Грузоподъемные машины / М.П. Александров. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана - Высшая школа, 2000. - 552 с.

8. Алюшин, Ю.А. Кинематический и динамический анализ типовых трех-звенных манипуляторов / Ю.А. Алюшин, В.М. Рачек, П.М. Вержанский // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). -2009.-№12.-С. 474-488.

9. Базара, М. Нелинейное программирование. Теория и алгоритмы / М. Базара, К. Шетти. М.: Мир, 1983.-583 с.

10. Барановская, Л.В. Оптимальное проектирование металлоконструкций тяжелых козловых кранов градиентными методами: автореферат дис. . канд. техн. наук: 05.05.04 / Барановская Лариса Вакифовна. Орел: ОГТУ. - 2010. - 16 с.

11. Барский, И.Б. Динамика трактора / И.Б. Барский, В.Я. Анилович, Г.М. Кутьков. -М.: Машиностроение, 1973. 280 с.

12. Болотин, В.В. Методы теории вероятностей и теории надежности в расчетах сооружений / В.В. Болотин. М: Стройиздат, 1981.-351 с.

13. Бортяков, Д.Е. Проектирование оптимальных по массе металлоконструкций и стрел хоботов портальных кранов / Д.Е. Бортяков // Тр. СПбГТУ. -№478. Динамика, прочность и надёжность технологических машин. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1988. - С. 34-41.

14. Брауде, В.И. Вероятностные методы расчета грузоподъемных машин / В.И. Брауде. JL: Машиностроение, 1978. - 232 с.

15. Брауде, В.И. Системные методы расчета грузоподъемных машин / В.И. Брауде, М.С. Тер-Мхитаров. Д.: Машиностроение, 1985. - 181 с.

16. Будрин, С. В. Расчеты стреловых самоходных кранов / С.В. Будрин. -Владивосток: б. и., 1995. 111 с.

17. Вершинский, A.B. Строительная механика и металлические конструкции / A.B. Вершинский, М.М. Гохберг, В.П. Семенов; под общ. ред. М.М. Гохберга. -JL: Машиностроение, 1984.-231 с.

18. Воробьёв, В.И. Механика промышленных роботов: в 3 кн. Кн. 1. Кинематика и динамика / В.И. Воробьев, С.А. Попов, Г.И. Шевелева; под общ. ред. Н.В. Фролова, Е.И.Воробьева. М.: Высшая школа, 1988. - 304 с.

19. Галлагер, Р. Метод конечных элементов. Основы / Р. Галлагер. М.: Мир, 1975.-428 с.

20. Гамынин, Н.С. Гидравлический следящий привод / Н.С. Гамынин, Я.А. Каменир, Б.Л. Коробочкин и др.; под ред. В.А. Лещенко. М.: Машиностроение, 1968.-564 с.

21. Гасымов, Г.Ш. Нагруженность вал очно-пакетирующих машин на постепенных и выборочных рубках леса / Г.Ш. Гасымов, В.А. Александров. — С-Пб.: Изд-во СПбГУ, 2005. 192 с.

22. ГОСТ 1451-77. Краны грузоподъёмные. Нагрузка ветровая. Введ. 1978-01-01. - М.: Госстандарт: Изд-во стандартов, 2003.- 12 с.

23. ГОСТ 1575-87. Краны грузоподъемные. Ряды основных параметров. -Введ. 1988-01-01. -М.: Госстандарт: Изд-во стандартов, 2002.- 5 с.

24. ГОСТ 6627-74. Крюки однорогие. Заготовки. Типы. Конструкция и размеры. -Введ. 1976-01-01. -М.: Госстандарт: Изд-во стандартов, 1975.- 14 с.

25. ГОСТ 19281-89. Прокат из стали повышенной прочности. Общие технические условия. — Введ. 1991-01-01. М.: Госстандарт: Изд-во стандартов, 1991.- 14 с.

26. ГОСТ 25546-82. Краны грузоподъемные. Режимы работы. Введ. 198601-01. - М.: Госстандарт: Изд-во стандартов, 2002.- 8 с.

27. Гребенюк, Г.И. Основы расчета и оптимизации конструкций с использованием метода конечных элементов / Г.И. Гребенюк, Б.Н. Попов, Е.В. Янь-ков. Новосибирск : б. и., 1992. - 96 с.

28. Грешилов, A.A. Прикладные задачи математического программирования: учебное пособие / A.A. Грешилов. 2-е изд. - М.: Логос, 2006. - 288 с.

29. Гуськов, В.В. Тракторы. Теория / В.В. Гуськов, H.H. Велев, Ю.Е. Атаманов и др.. М: Машиностроение, 1988. - 377 с.

30. Дабагян, A.B. Оптимальное проектирование машин и сложных устройств / A.B. Дабагян. М. : Машиностроение, 1979. - 279 с.

31. Демокритов, В.Н. Оптимальное проектирование крановых мостов / В.Н. Демокритов. Ульяновск: Приволж. кн. изд-во, 1978. - 108 с.

32. Дискретная отимизация в MSC.Nastran: методические указания / С.А. Сергиевский. М.: MacNeal-Schwendler Corporation, 1998. - 24 с.

33. Жаденов, B.C. Технология и оборудование лесозаготовок (этапы развития) / B.C. Жаденов, А.Н. Заикин, Ю.В. Шелгунов. Брянск: БГИГА, 2002. - 592 с.

34. Жуков, A.B. Оценка показателей динамических процессов узкозахватной колесной валочной машины / A.B. Жуков, М.П. Майко, М.И. Асмоловский // Известия вузов. 1992. - №6. - С. 53-58.

35. Забавников, H.A. Основы теории транспортных гусеничных машин / H.A. Забавников. М.: Машиностроение, 1968. - 320 с.

36. ЗАО «Дизель-Ремонт»: сайт. Режим доступа: http://dizel-remont.ru.

37. ЗАО «Инман»: сайт. Режим доступа: http://www.inman.ru.

38. ЗАО «Нефтегазтехника». http://www.ngtech.ru/trakt.html

39. Зенкевич, О. Метод конечных элементов в технике / О. Зенкевич. М.: Мир, 1975.-540 с.

40. Зенкевич, О. Конечные элементы и аппроксимация / О. Зенкевич, К. Морган. М.: Мир, 1986. - 318 с.

41. Зубов, А.П. Разработка методики оптимального проектирования пролетного строения решетчатых козловых кранов: автореферат дис. . канд. техн. наук / Зубов Андрей Петрович. Саратов, 2005. - 20 с.

42. Зырянова, С.А. Система автоматизированного моделирования стрелового грузоподъемного крана : Дис. . канд. техн. наук : 05.13.12 Омск, 2006 154 с. РГБ ОД, 61:06-5/2363.

43. Ильин, Е.И. Организация ремонта и сервисного обслуживания подъемно-транспортных машин / Е.И. Ильин. Брянск: БГТУ, 2008. - 66 с.

44. Рыбников, Е.К. Инженерные расчёты механических конструкций в системе MSC. Patran-Nastran / Е.К. Рыбников, C.B. Володин, Р.Ю. Соболев. М.: 2003. 130 с.

45. Инструкция по эксплуатации самоходной энергетической машины АСТ-4-А. Брянск: б.и., 2010. - 26 с.

46. Казак, С.А. Расчеты металлургических кранов / С.А. Казак, В.Н. Котов, П.З. Петухов, В.Н. Суторхин. -М.: Машиностроение, 1973. 264 с.

47. Казак, С.А. Статистическая динамика нагружения подъемно-транспортных машин / С.А. Казак. Свердловск: УПИ, 1988. - 88 с.

48. Карманов, В.Г. Математическое программирование / В.Г. Карманов. -М.: Наука 2004. - 264 с.

49. Краны и подъемные устройства. Классификация. Часть 1. Общие положения: ИСО 4301/1-86.

50. Курсовое проектирование грузоподъемных машин / С.А. Казак, В.Е. Ду-сье, Е.С. Кузнецов и др.; под ред. С.А. Казака. М.: Высш. шк., 1989. - 319 с.

51. Кобзев, А.П. Оптимальное проектирование тяжелых козловых кранов / А.П. Кобзев. Саратов: СГУ, 1991. - 160 с.

52. Клюев, C.B. Оптимальное проектирование конструкций башенного типа: автореферат дис. канд. техн. наук: 05.23.01 / Клюев Сергей Владимирович- -Белгород: БГТУ им. В.Г. Шухова. 2006. - 21 с.

53. Ковалев, P.B. Введение в моделирование динамики механических систем / Р.В. Ковалев, Д.В. Даниленко. 2004.

54. Колмогоров, Г.Л. Оптимальное проектирование конструкций / Г.Л. Колмогоров, A.A. Лежнева. Пермь: ПГТУ, 2005. - 167 с.

55. Колокольцев, В.А. Выбор целевой функции при оптимальном проектировании металлоконструкций тяжелых козловых кранов / В.А. Колокольцев, В.Ю. Сапьянов, П.А. Шайкин // Вестн. СГТУ. 2009. - № 1. - С. 54-62.

56. Конструкция и технические характеристики крана-манипулятора ИМ 20 // ЗАО «Инман»: сайт. Режим доступа: http://www.inman.ru xcat/product/l.html.

57. Конструкция и технические характеристики крана-манипулятора ИМ 40Т // ЗАО «Инман»: сайт. Режим доступа: http://www.inman.ru/ xcat/product/42.html.

58. Конструкция и технические характеристики крана-манипулятора ИМ 150Т // ЗАО «Инман»: сайт. Режим доступа: http.V/www.inman.ru/xcat/product/11 .html.

59. Конструкция и технические характеристики крана-манипулятора ИМ 180 // ЗАО «Инман»: сайт. Режим доступа: http://www.inman.ru/xcat/product/ll.html.

60. Конструкция и технические характеристики крана-манипулятора ИМ 240А // ЗАО «Инман»: сайт. — Режим доступа: http://www.inman.ru/xcat/product/13.html.

61. Конструкция и технические характеристики крана-манипулятора АИФ 300 // ЗАО «Инман»: сайт. Режим доступа: http://www.inman.ru/xcat/product/14.html.

62. Копанев, Д.Б. Решение задач динамики средствами MSC.Nastran. М.: MacNeal-Schwendler Corporation, 1998. - 179 с.

63. Кормен, Т.Х. Алгоритмы: построение и анализ. 2-е изд. - М.: «Вильяме», 2006.- 1296 с.

64. Корчагин, П.А. Снижение динамических воздействий на оператора автогрейдера в транспортном режиме / П.А. Корчагин, Е.А. Корчагина, И.А. Ча-курин. Омск: СибАДИ, 2009. - 195 с.

65. Крахмал ев, О.Н. Моделирование движения манипуляционных систем с упругими звеньями / О.Н. Крахмалев, А.П. Болдырев, Л.И. Блейшмидт // Вестник БГТУ. 2010. - № 3. - С. 31-38.

66. Лагерев, A.B. Модернизация крана-манипулятора самоходной энергетической машины АСТ-4-А / A.B. Лагерев, И.А. Лагерев, В.В. Говоров // Вестник БГТУ. 2010. - № 4. - С. 59-66.

67. Лагерев, A.B. Нагруженность подъемно-транспортной техники / A.B. Лагерев. Брянск: БГТУ, 2010. - С. 125-143.

68. Лагерев, A.B. Оптимальное проектирование вала барабана грузоподъемных кранов общего назначения / A.B. Лагерев, И.А. Лагерев // Вестник БГТУ. 2006. - №4. - С. 14-21.

69. Лагерев, A.B. Оптимальное проектирование валов барабанов грузоподъемных кранов мостового типа на основе моделирования усталостного отказа / A.B. Лагерев, И.А. Лагерев // Вестник БГТУ.-2008.- № 1.-С.29-33.

70. Лагерев, A.B. Проектирование насосных гидроприводов подъемно-транспортной техники / Брянск: изд-во БГТУ, 2006. 232 с.

71. Лагерев, И.А. Динамический анализ трехзвенного гидравлического крана-манипулятора / И.А. Лагерев, A.B. Лагерев // Вестн. БГТУ. 2011. - №3. - С. 9-16.

72. Лагерев, И.А. Имитационное моделирование факторов нагруженности металлоконструкции мостового крана / И.А. Лагерев // Вестн. БГТУ. 2009. -№4. - С. 65-70.

73. Лагерев, И.А. Динамическая нагруженность крана-манипулятора машины для сварки трубопроводов при движении с грузом / И.А. Лагерев // Подъемно-транспортное дело. 2011. - №3. - С. 7-9.

74. Лагерев, И.А. Кинематический расчёт трехзвенного крана-манипулятора / И.А. Лагерев // Сборник материалов Междунар. научн.-техн. конф. «Материалы, технологии и ресурсосберегающие технологии. Могилев: БРУ, 2011. -Ч. 2.-С. 12-13.

75. Лагерев, И.А. Моделирование напряженно-деформированного состояния крана-манипулятора машины для сварки трубопроводов // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2011. - №4. - С. 29-36.

76. Лагерев, И.А. Моделирование технологического процесса работы крана-манипулятора машины для сварки трубопроводов / И.А. Лагерев // Сборник трудов 8-й Межрег. научн.-техн. конф. студентов и аспирантов Смоленск: ГОУВПОМЭИ(ТУ), 2011. -Т. 1. - С. 138-143.

77. Лагерев, И.А. Моделирование факторов нагруженности металлоконструкции мостового крана на основе сетевой имитационной модели / И.А. Лагерев // Вестн. БГТУ. 2010. - №2. - С. 74-81.

78. Лагерев, И.А. Оптимальное проектирование крана-манипулятора машины для сварки трубопроводов / И.А. Лагерев // Научному прогрессу творчество молодых: сб. научн. тр. Международ. Молодежной научн. конф.: в 3 ч. -Йошкар-Ола: МарГТУ, 2011. - С. 66-67.

79. Лагерев, И.А. Прочностной расчет крана-манипулятора машины для сварки трубопроводов / И.А. Лагерев // Материалы научн. конф. Совета МНТО / под ред. И.А. Лагерева. Брянск: БГТУ, 2011. - С. 25-26.

80. Лагерев, И.А. Сравнительный анализ конечноэлементных моделей гидроцилиндров крана-манипулятора / И.А. Лагерев // Материалы научн. конф. Совета МНТО / под ред. И.А. Лагерева. Брянск: БГТУ, 2011. - С. 27-28.

81. Лагерев, И.А. Увеличение грузоподъемности крана-манипулятора машины для сварки трубопроводов / И.А. Лагерев // Научному прогрессу творчество молодых: сб. научн. тр. Международ. Молодежной научн. конф. в 3 ч. -Йошкар-Ола: МарГТУ, 2011. Ч. 1. - С. 68-69.

82. Лифшнц В.Л. Исследование оптимальных стальных конструкций башенных кранов: автореферат дис. канд. техн. наук / Лифшиц В.Л. М., 1970. - 16 с.

83. Лобов, H.A. Динамика грузоподъемных кранов / H.A. Лобов. М.: Машиностроение, 1987. — 156 с.

84. Лобов, H.A. Динамика передвижения кранов по рельсовому пути / H.A. Лобов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. - 232 с.

85. Макаров, P.A. Тензометрия в машиностроении / P.A. Макаров, А.Б. Ренский, Г.Х. Боркунский, М.И. Этингоф / под ред. P.A. Макарова. М.: Машиностроение, 1975. - 286 с.

86. Машины самоходные энергетические для сварки трубопроводов на шасси тракторов ТТ-4М-01, ТБ-1-МА-15 // ЗАО «Дизель-Ремонт»: сайт. Режим доступа: http://dizel-remont.ru/price.shtml?id=13.

87. Машины и оборудование для лесозаготовок. Режим доступа: http://www.mir-lzm.ru.

88. Невзоров, Л.А. Башенные краны / Л.А. Невзоров. М.: Высшая школа, 1980.

89. Невзоров, Л.А. Башенные краны / Л.А. Невзоров, A.A. Зарецкий, Л.М. Волин и др. М.: Машиностроение, 1979

90. Неразрешающий контроль: справ. / В.В. Клюев и др. М.: Машиностроение, 1995. - 488 с.

91. Неженцев, А.Б. К вопросу определения фактического режима работы грузоподъемных машин / А.Б. Неженцев // Подъем, сооруж. спец. техн. 2008. -№ 1.-С. 52-55.

92. Никитина, Н.Е. Акустоупругость. Опыт практического применения / Н.Е. Никитина. Н. Новгород: ТАЛАМ, 2005 г. - 352 с.

93. Николаев, A.C. Единая транспортная система / A.C. Николаев. М.: Лицей, 2001.-286 с.

94. Норенков, И.П. Автоматизированное проектирование / И.П. Норенков. -М.: 2000.-188 с.

95. Норенков, И.П. Информационная поддержка наукоемких изделий. CALS-технологии / И.П. Норенков, П.К. Кузьмик. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 320 с.

96. Носов, C.B. Взаимодействие колесных, гусеничных и дорожных машин с деформируемым опорным основанием (научные основы): автореферат дис. . д-ра техн. наук: 05.05.04 / Носов Сергей Владимирович. С-Пб., 2008. - 34 с.

97. Образцов, И.Ф. Метод конечных элементов в задачах строительной механики летательных аппаратов / И.Ф. Образцов. М.: Высшая школа, 1985. - 392 с.

98. Огородникова, О.М. Расчёт конструкций в ANS YS / О.М. Огородни-кова. М.: Техноцентр компьютерного инженеринга, 2009. - 452 с.

99. ООО «Мега Драйв»: сайт. Режим доступа: http://www.unicmega.ru.

100. ООО «Палфингер Кран Рус»: сайт. Режим доступа: http:// http://www.palflnger.ru.

101. ООО «Технополис»: сайт. Режим доступа: http://www.isuzu-unic.ru.

102. ООО «Фасси Рус»: сайт. Режим доступа: http://www.fassi.ru.

103. Оптимальное проектирование металлоконструкций стреловых и мостовых кранов. Ижевск: б. и., 1981. - 60 с.

104. Оптимизация в MSC.Patran: методические указания. M.: MacNeal-Schwendler Corporation, 1998. - 55 с.

105. Оптимизция конструкций из композиционных материалов с использованием системы MSC.Nastran: методические указания / В.П. Полиновский. — М.: MacNeal-Schwendler Corporation, 1999. 27 с.

106. Опыт применения ограничителей грузоподъемности типа ОГШ со встроенным регистратором параметров / Ю.Ф. Тимин, В.А. Потапов, С.А. Царев. Режим доступа: http://www.itc-kros.ru/publications/2.php.

107. Павлов, В.П. Автоматизация проектирования стрелоподъемного гидромеханизма / В.П. Павлов // Подъемно-транспорттное дело. 2008. - №3. - С. 2-4.

108. Панасенко, H.H. Дискретно-континуальная модель пространственных металлоконструкций грузоподъемных кранов / H.H. Панасенко, A.B. Синель-щиков // Вестник АГТУ. 2006. - №1. - С. 184-193.

109. Панасенко, H.H. Исследование процесса движения автомобильных стреловых самоходных кранов / H.H. Панасенко, A.A. Хахов // Тяжелое машиностроение.-2008.-№12.-С. 29-31.

110. Пат. 104167 Рос. Федерация, МПК7 В66С23/00. Трехзвенный гидравлический кран-манипулятор / авторы и заявители Лагерев И.А., Лагерев A.B.; патентообладатель ГОУ ВПО «БГТУ». № 2010153018/11; заявл. 23.12.10; опубл. 10.05.2011, Бюл. № 13.

111. Петухов, П.З. Специальные краны / П.З. Петухов, Г.П. Ксюнин, Л.Г. Серлин. -М.: Машиностроение, 1985.-248 с.

112. Пискунов, В.А. Расчет крановых конструкций методом конечных элементов / В.А. Пискунов, И.М.Бузун, A.C. Городецкий и др. М.: Машиностроение, 1991.-240 с.

113. Платонов, В.Ф. Динамика и надежность гусеничного движителя / В.Ф. Платонов. М.: Машиностроение, 1973. - 232 с.

114. Поляков, Б.Н. Методология параметрической оптимизации деталей и конструкций сложных конфигураций / Б.Н. Поляков // Наука и образование. -№2. 2008. Режим доступа http://technomag.edu.ru/doc/70257.html.

115. Погорелов Д.Ю. О численных методах моделирования движения систем твердых тел / Д.Ю. Погорелов // Журнал вычислительной математики и математической физики. 1995. - № 4. - С. 501-506.

116. Попов, В.Г. Дефекты металлоконструкций литейных кранов и пути их устранения / В.Г. Попов, Д.Ф. Габтыкаев // Безопасность труда в промышленности. 2009. - №4. - С. 18-20.

117. Попов, Д.Н. Механика гидро- и пневмоприводов / Д.Н. Попов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 320 с.

118. Портной, Н.И. Исследования процесса управления механизмом поворота строительных башенных кранов и обоснование требований к его приводу: автореферат дис. . канд. техн. наук / Портной Н.И. М., 1976. - 16 с.

119. ПБ 10-382-00. Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов. М.: ПИО ОБТ, 2000. - 76 с.

120. ПБ 10-257-98. Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов-манипуляторов. М.: ПИО ОБТ, 2003. - 89 с.

121. Расин, Д.Ю. Безопасность эксплуатации кузовов пассажирских вагонов при нормативных продольных соударениях: автореферат дис. . канд. техн. наук: 05.22.07 / Расин Дмитрий Юрьевич. Брянск, 2010. - 19 с.

122. Расчёты крана-манипулятора на базе гусеничного трактора на прочность, жесткость и максимальную грузоподъемность: отчет о НИР (заключ.) / ГОУ ВПО БГТУ; рук. A.B. Лагерев; исполн.: И.А. Лагерев и др.. Брянск, 2010. - 81 с. - Библиогр.: с. 81.

123. РД-153-39.4-056-00. Правила технической эксплуатации магистральных нефтепроводов. Введ. 2001-01-01. - М.: ИПТЭР, 2000. - 76 с.

124. РД 50-48-0075.03.02. Рекомендации по устройству и безопасной эксплуатации надземных крановых путей. Введ. 2003-01-01. - Уфа: ГАУ РНТИК «БашТехИнформ», 2009.

125. Ржаницын, А.Р. Строительная механика / А.Р. Ржаницын. М.: Высшая школа, 1991. -439 с.

126. Добыча полезных ископаемых в 2010 году. -Режим доступа: http://www.gks.ru.

127. О состоянии внешней торговли в 2010 году. Режим доступа: http://www.gks.ru.

128. Ростехнадзор РФ. О состоянии промышленной безопасности опасных производственных объектов, рационального использования и охраны недр РФ в 2006 г.: государственный доклад. — Режим доступа: http://www.gosnadzor.ru.

129. Санжаровский, P.C. Теория расчёта строительных конструкций на устойчивость и современные нормы / P.C. Санжаровский, A.A. Веселов. М.: АСВ, 2002. - 128 с.

130. Сапьянов, В.Ю. Определение оптимальных параметров поперечных сечений элементов металлоконструкций тяжелых козловых кранов грузоподъемностью 400 т / В.Ю. Сапьянов // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2008. - № 6. - С. 86-88.

131. Серлин, Л.Г. Оптимальный вес коробчатых металлоконструкций стрелы и хобота портального крана / Л.Г. Серлин // Тр. ЛПИ. №329. Машиностроение. - Л.: Машиностроение, 1972. - С. 62-71.

132. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. Введ. 1987-01-01. - М.: Госстандарт: Изд-во стандартов, 2003.- 58 с.

133. Скорость ветра сводные данные - Брянск. - Режим доступа: http://bryansk-meteo.ru/brjansk/pivot/wind.

134. Соколов, С.А. Металлические конструкции подъемно-транспортных машин / С.А. Соколов. СПб.: Политехника, 2005. - 423 с.

135. Спицына, Д.Н. Динамика кранов с жестким подвесом груза / Д.Н. Спицына, К.В. Поликарпов. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. - 184 с.

136. Спицина, Д.Н. Строительная механика стержневых машиностроительных конструкций / Д.Н. Спицина. под ред. С.Д. Пономарева. - М.: Высшая школа, 1977. - 248 с.

137. Справочник по кранам: в 2-х т. / В.И. Брауде, М.М. Гохберг, A.A. Ко-вин и др.; под общ. ред. М.М. Гохберга. Л.: Машиностроение, 1988. - 136 с.

138. Стратегия развития ОАО «Газпром» // ОАО «Газпром»: сайт. Режим доступа: http://www.gazprom.ru/strategy.

139. Тарасик, В.П. Теория движения автомобиля / В.П. Тарасик. СПб.: БВХ-Петербург, 2006. - 478 с.

140. Тарко, Л.М. Переходные процессы в гидравлических механизмах / Л.М. Тарко. М.: Машиностроение, 1973. - 168 с.

141. Толоконников, A.C. Потенциальные места разрушения несущих металлоконструкций мостовых кранов / A.C. Толоконников, Г.В. Селиверстов, И.Ю. Выборное // Тяжелое машиностроение. 2007. -№ 3. - с. 37-39.

142. Ушкалов, В.Ф. Статистическая динамика рельсовых экипажей / В.Ф. Ушкалов, Л.М. Резников, С.Ф. Редько. Киев: Наук, думка, 1982. - 360 с.

143. Чернова, Н.М. Оптимальное проектирование планетарных зубчатых передач грузоподъемных машин / Н.М. Чернова. Саратов: СГТУ, 2006. - 177 с.

144. Чернова, Н.М. Разработка целевой функции оптимального проектирования механизмов подъема груза по критерию первого уровня / Н.М. Чернова // Вестн. СГТУ. 2009. - № 1. - С. 67-70.

145. Чудаков, Д.А. Основы теории и расчета трактора и автомобиля / Д.А. Чудаков. М.: Колос, 1982. - 384 с.

146. Шелгунов, Ю.В. Машины и оборудование лесозаготовок, лесосплава и лесного хозяйства / Ю.В. Шелгунов. М.: Лесная промышленность, 1982. - 520 с.

147. Шимкович, Д.Г. Расчет конструкций в MSC/NASTRAN for Windows / Д.Г. Шимкович. М.: ДМК Пресс, 2003. - 448 с.

148. Шлюшенков, А.П. Механика многоциклового усталостного разрушения / А.П. Шлюшенков. Брянск: БИТМ, 1990. - 156 с.

149. Шлюшенков, А.П. Нагруженность и расчеты деталей машин и элементов конструкций на прочность и долговечность / А.П. Шлюшенков. — Брянск: БИТМ, 1991. 156 с.

150. Экспериментальная механика: в 2-х кн.: Кн. 1 / под ред. А. Кобаяси. — М.: Мир, 1990.-616 с.

151. Янсон, Р.А. Оптимальное проектирование технических систем для строительства / Р.А. Янсон. Тверь: ТГТУ, 2003. - 82 с.

152. DIN 15018. Cranes; steel structures; principles of design and construction.

153. EN 12999:2002. Cranes-Loader cranes. Brusseles, 2002. - 96 p.

154. Sprecic, D. Forming of dynamical models of cranes with complex moving of payload / D. Sprecic, H. Bukvic // Mechanika 2008: Proceedings of the 13 International Conference, Kaunas, Apr. 3-4, 2008. Kaunas, 2008. - C. 472-475.

155. Furucawa Unic Corporation: сайт. Режим доступа: http ://furukawaunic .со .j p.

156. Gorak, M.S. Finite Element Modeling of the RAH-66 Comanche Helicopter Tailcone Section Using Patran and Dytran / Mark S. Gorak, Jeffrey A. Libby. -Monterey.: Storming Media, 2001. 109 p.

157. Fu, K.S. Robotics: Control, Sensing, Vision and Intelligence / K.S. Fu, R.C. Gonzalez, C.S.G. Lee. New York: Hill Book Company, 1989. - 624 p.

158. HIAB: сайт. Режим доступа: http://www.hiab.com.

159. Kim, Y-J. Interactive dynamics for crawler crane simulation in virtual reality / Young- Jun Kim. University of Pennsylvania, 1997. - 35 p.

160. Multi-purpose Hydraulic Crane. Mod. UNIC UR-A100. Tokio: Furucawa Unic Corporation, 2010. - 26 p.

161. Multi-purpose Hydraulic Crane. Mod. UNIC UR-V230. Tokio: Furucawa Unic Corporation, 2010. - 26 p.

162. Multi-purpose Hydraulic Crane. Mod. UNIC UR-V600E. Tokio: Furucawa Unic Corporation, 2010. - 26 p.

163. Multi-purpose Mini Crawler Hydraulic Crane. Mod. UNIC UR-U-104-C. -Tokio Furucawa Unic Corporation, 2010. 26 p.

164. Multi-purpose Mini Crawler Hydraulic Crane. Mod. UNIC UR-W295CRS. -Tokio Furucawa Unic Corporation, 2010. 26 p.

165. Noor, A.K. Structures technology for future aerospace systems / A.K. Noor. American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2000. - 406 p.

166. Optimimization of rigid-flexible multibody sistems with application to vehicle dynamics and crashworthiness / M.S. Pereira, J.P. Dias // Dynamics. 2002. -№5.-p. 123-131.

167. Shahinpoor, M. A Robot Engineering Textbook / M. Shahinpoor. New York: Happer&Row Publishers, 1990. - 527 p.

168. Torby, B.J. Dynamic modeling of a flexible manipulator with prismatic links / B.J. Torby, I. Kimura // Trans. ASME. J. Dynam. Syst. Meas. and Contr. -1999.-V. 121. — № 4. P. 691-696.

169. Wasty, T.M. Modeling and sensitivity analysis of multibody systems using new solid, shell and beam elements / Tamer M. Wasfy, Ahmed K. Noor // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Volume 138, Issues 1-4, 1 December 1996.-P. 187-211.

170. ДОКУМЕНТЫ НА ОБЪЕКТЫ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИи иСЛШ ФЕТШРАХШх!1. Лу'"' -с