автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.05, диссертация на тему:Разработка методики оптимального проектирования металлоконструкции кабины подъемника автостоянки

Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана

На правах сукописл

РТ Я и Л

п п И Л I) •

. I и с;

Тимашов Сергей Петрович

. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПТИМАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ КАБИНЫ ПОДЪЕМНИКА АВТОСТОЯНКИ

Специальность 05,05.05 - Подъемно-транспортные машины

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2000

Работа выполнена в Московском государственном техническом университете имени Н.Э. Баумана.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Вертинский A.B.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Ряхин В.А.

кандидат технических наук, с.н.с. Егоров П.Н.

Ведущее предприятие - ОАО "Карачаровский механический

завод", г.Москва.

Защита состоится 3 июля 2000 года на заседании диссертационного Совета К.053.15.10 Транспортное машиностроение в Московском государственном техническом университете имени Н.Э. Баумана по адресу: 107005, г.Москва, 2-ая Бауманская ул., д.5.

Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим выслать по указанному адресу.

С диссертацией мбжно ознакомиться в библиотеке МГТУ имени Н Э.Баумана.

Автореферат разослан 2 июня 2000 г.

• Ученый секретарь диссертационного Совета к.т.н., доцент

09W.4 -ОН

01ЛЦЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РЛНОГЫ

Л.к^xaí!l^Уí^cтL'Г.^УlЬ.L Появившаяся н настоящее время необходимость и создании высотных автостоянок для компактного хранения легковых автомобилей в условиях мегаполиса нацеливает на разработку нового современного подъемника лифтовою типа, имеющего кабину с нестандартными размерами.

Для высотной автостоянки с лифтовым подъемником надежное п. , производительность и экономичность во многом зависят от работы металлоконструкции кабины подъемника, которая является дорогостоящей и трудоемкой составляющей при изготовлении подобных изделий.

Создание металлоконструкции кабины подъемника автостоянки должно базироваться па изыскании новых, более совершенных конструктивных форм с учетом условий эксплуатации, на совершенствовании методоп расчета и пробктирования. В целях экономии затрат при изготовлении уже на стадии проектирования появляется насущная необходимость применения более точных математических моделей расчета металлоконструкции кабины подъемника автостоянки и создания эффективной методики ее проектирования:

Целью работы является разработка методики оптимального проектирования металлоконструкции кабины подъемника автостоянки на основе •численных исследований с учетом копструкторско-технологических ограничений, ограничений по прочности, статической жесткости, при установленных соответствующими нормами нагрузках.

Методы исследования. При проведении теоретических исследований использованы методы строительной механики, метод конечных элементов, методы оптимального проектирования (метод прямого поиска, методы штрафных и барьерных функций) и ряд других методом.

Научная новизна. Разработаны методика и математическое обеспечение численного определения оптимальных параметров элемент»

металлоконструкции кабины подъемника автостоянки.

Обоснованы расчетные схемы металлоконструкции кабины подъемника автостоянки с определением действующих на металлоконструкцию кабины нагрузок.

В частности, установлено, что для расчета металлоконструкции кабины подъемника автостоянки одним из определяющих является режим загрузки транспортирующей тележки в кабину подъемника.

На основе численного анализа напряжённо-деформированного состояния проведена оптимизация металлоконструкции кабины автоматизированного подъемника-автостоянки (Патент № 2109118(РФ)).

Установлены зависимости массы металлоконструкции кабины подъемника от поперечных сечений составляющих ее элементов: балок порогов, верхней и нижней балок вертикальной рамы, корневых стоек, раскосов, боковых балок рамы пола, ездовых балок.

Практическая ценность работы. Предложенная методика расчета позволяет на стадии проектирования определять НДС конструкции и оптимальные параметры поперечных сечений элементов металлоконструкции кабины подъемника автостоянки. >

Применение результатов диссертационной работы дает возможность упростить и сократить во времени процесс проектирования мет аллокоиарукций. Данную методику целесообразно использовать в составе САПР при проектных и научно-исследовательских работах по разработке крупногабаритных металлоконструкций кабин подъемников автостоянок.

Досюворпосн, полученных результатов и сделанных выводов подтверждена обоснованностью принятых при построении математических моделей, допущений, численными экспериментами,

Реализация ретультатов работы. Результаты теоретических исследовании путей снижения массы металлоконструкции кабины подъемник;» аыосюянкн, изложенные в днссерынионной работе, были

приняты к использованию Научно-техническим центром по освоению новых видов складской" техники "Манипулятор" для модернизации металлических конструкций паркинга, построенного в г.Москве по адресу Скаковая ул., дом 17.

Применение результатов позволяет разрабатывать менее металлоемкие конструкции кабин подъемников автостоянок.

Апробация работы. Основные положения докладывались и обсуждались на ежегодных научных семинарах кафедры "Подьемно-трапс-портные системы" МГТУ им. Н.Э.Баумана в 1994-1999 годах, на научно-технических конференциях с международным участием "Подъемно-транспортные машины - на рубеже веков", г.Москва, ноябрь 1999 года и "Новое в подъемно-транспортной технике", г.Москва, октябрь 1994 года.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано четыре работы.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы, приложения. Работа содержит 149 страниц машинописного текста, 27 таблиц, 27 рисунков. Синеок литературы включает 92 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель исследования, приведена общая характеристика работы.

В первой главе проведен анализ существующих методов расчета несущих металлоконструкций лифтовых кабин на основе работ Архангельского Г.Г., Волкова Д.П., Ионова A.A., Корнеева Г.К. и других авторов.

В настоящее время прочностной расчет несущих металлоконст-

рукшш лифювы.ч кабтш ведется по допускаемым ¡¡¿¡¡¡ряжениям с учетом вида материала конструкции, характера деформаций, режима работы и категории ответственности оборудования. Несущая металлоконструкция кабины представляет собой многократно статически неопределимую стержневую конструкцию, которая рассчшынается традиционными методами строительной механики или упрощенным способом на основе независимого рассмофснн» работы ее :>лемеатоо.

Отмечено, что статическая неопределимость в совокупности со сложным характером нагружения обуславливает заметную трудоемкость расчет моаллокоиструкцип кабины традиционными методами строительной механики.

В то же врем:!, упрощенный прочностной расчет не позволяет рассматривав особенноегн рабоп.1 отдельных узлов и элементов кабины, а также снижает достоверность и практическую ценность получаемых результатов. ,)(о влечет за собой чрезмерно завышенные характеристики поперечных сечений злемешов конструкции, что, в свою оче-р-.-дь, увеличивает нагрузки на узлы подъемника. Принимаются необоснованно заниженные расчетные сопротивления материалов сечений.

Задача проектирования в современных усювиях усложняется тем, чю из -за единичного или мелкосерийного производства высотных автоматизированных автостоянок, но возможности изготовления онмшых обратив, их тщательною испьпания и исследования, что ведет конструктора к принятию дополнительных ограничений при проектирования и выборе методов расчета.

Кроме тою, анализ существующих методов оптимизации и расчета пространственных ферменных металлоконсф)кний ПГМ на основе раиот Виноградова Д.И., Демокриюва И.П , Дорошенко О.П., Медово-деева В.Я. и лрушк авторот, показывал, что на современном папе развития подъемно-транспортной техники основной путь снижения ме-

таллоемкостн конструкции кабины подъемника автостоянки - уточнение и совершенствование методов расчета и проектирования, учитывающих условия их эксплуатации с использованием современных методов оптимизации и мощных ЭВМ.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1.Разработать и обосновать расчетные схемы металлоконструкции кабины подъемника автостоянки, сформулировать сочетания действующих на металлоконструкцию нагрузок.

2.Сформулировать и обосновать критерий оптимизации металлоконструкции кабины подъемника автостоянки и разработать алгоритм выбора размеров поперечных сечений элементов металлоконструкции.

3.Выбрать метод оптимизации и модифицировать его применительно к проектированию металлоконструкции кабины подъемника автостоянки.

4.Развить теорию расчета металлоконструкции кабины подъемника автостоянки применительно к выбранному методу оптимального проектирования.

5.Создать общую методику проектирования металлоконструкции кабины подъемника автостоянки. Сформулировать практические рекомендации по ее применению.

Вторая глава посвящена основным положениям методики оптимального проектирования металлоконструкции кабины подъемника автостоянки.

Расчет металлоконструкции кабины подъемника автостоянки должен проводиться в соответствии с действующими нормативными документами, в частности с "Правилами устройства и безопасной эксплуатации лифтов", утвержденными Госгортехнадзором (далее ПУБЭЛ), комплексом государственных стандартов, а также СНиП Министерства автомобильного транспорта РСФСР и Госстроя. России.

Дня расчета были сформулнроизды и обоснованы шесть .основных расчетных случаев нагруження металлоконструкции кабины подъемника автостоянки для следующих режимов:

¡)Нормальный эксплуатационный (рабочий) режим разгона и торможения кабины;

2)Реж1Ш загрузки транспортирующей тележки о кабину;

3)Режнм статических испытаний;

4)Режим аварийной посадки кабины на ловители;

5)Режим аварийной посадки кабины на буфера;

6)Аварийное заедание кабины в направляющих.

Для определения НДС металлоконструкции кабины использован один из наиболее эффективных численных методов расчета - метод конечных элементов (МКЭ) по версии, где раскрытие статической неопределимости выполнено методом перемещений.

Применение МКЭ для определения НДС конструкций основано на представлении непрерывною тела в виде совокупности отдельных конечных элементов, взаимодействующих между собой в конечном числе узловых точек, в которых приложены некоторые силы взаимодействия, характеризующие действие, как распределенных внутренних напряжений, так и внешней распределенной и сосредоточенной нагрузки. .

В качестве основного пространственного элемента для решении: задачи определения НДС решетчатой конструкции с помощью МКЭ выступает стержень с двумя узлами, каждый из которых имеет шесть степеней свободы.

Исследование структуры стоимости металлических конструкций ПТМ показывает, что их стоимость определяется в основном стоимостью используемых материалов. В свою очередь снижение массы конструкции связано со снижением трудоемкости изготовления и монтажа. Поэтому массу конструкций можно рассматривать в качестве основно-

го, хотя, п определенной мере, и упрощенного критерия оптимизации.

В задаче оптимизации металлоконструкции кабины подъемника автостоянки целевая функция выражает массу конструкции через переменные проектирования, какойыми являются характеристики поперечных элементов, их длины и характеристики стали:

1-1

где р/ - плотность материала "Г-гого элемента; Л, и /,-площадь поперечного сечения и длина "/"-того элемента; ¿-число конечных элементов.

Металлоконструкция кабины подъемника автостоянки анализируется в соответствии с методом допускаемых напряжений. Следовательно, все ограничения по допускаемым напряжениям являются ограничениями задачи оптимального проектирования.

Кроме того, важными для металлоконструкции кабины являются также ограничения перемещения отдельных точек системы, влияющие' на функциональные характеристики подъемника:

. [№<$,

где [£,]- допустимое перемещение ¿-ой точки.

Автоматизированный поиск оптимальной конструкции стальной фермы, стержни которой должны быть подобраны из унифицированных элементов, осуществить довольно трудоемко, так как необходимо учитывать одновременно большое количество ограничений по допускаемым напряжениям в элементах и жесткости конструкции в целом, а сам поиск вести в пространстве дискретно меняющихся параметров. Такая задача относится к классу задач дискретного нелинейного программирования и должна решаться методом направленного перебора.

Учитывая.изложенное, выбор был остановлен на методе прямого поиска в дискретном многомерном пространстве.

В начальной точке определяется значение целен ой функции. '5а-

тем все параметры увеличиваются и уменьшаются на один шаг. В результате получаются варианты, по лучшему из которых происходит определение направления наибольшего уменьшения целевой функции, т.е. определяется координата, по которой происходит наибольшее убывание целевой функции. После чего совершается движение до гех пор, пока функция в данном направлении убывает.

Полученный в итоге вариант принимают в качестве исходной точки для следующей итерации.

При наличии нескольких локальных экстремумов метод приводит к одному из них в зависимости от выбранного начала приближения. Такой поиск позволяет резко сократить число вычислений функции в сравнении с методом перебора..

С целью повышения вероятности прихода в глобальный минимум алгоритм модифицирован: движение осуществляется по нескольким наилучшим направлениям убывания целевой функции.

Приведенный метод применим лишь при решении задачи безусловной оптимизации, когда на диапазон изменения переменных проектирования не накладываются никакие ограничения. Поэтому необходимо преобразование к задаче условной оптимизации.

Необходимое преобразование было произведено методом штрафных или барьерных функций, в которых к исследуемой функции добавляется так называемый "штраф", являющийся в свою очередь функцией задающих ограничений. Методы штрафных и барьерных функций отличаются тем; что подход к точке разрыва исследуемой фушшии производи!ся изнутри или снаружи.

Таким образом, исходная задача условной минимизации.преобразуется в последовательность задач безусловной минимизации. На каждом этапе которой определяется безусловный минимум вспомогательной целевой функции.

Вспомогательная целевая функция "/"-того этапа оптимального

проектирования строшся как сумма основной целевой функции - массы конструкции и дополнительного члена:

где М({х})- масса конструкции;/- штрафная или барьерная функция в зависимости от значения К,\ К( = 1 при £({дг})<0; А'( = -1 при g({x})> 0; #({:*}) - функция ограничений; Я, - параметр штрафа на "/"-том этапе.

В третьей главе приведено определение параметров металлоконструкции кабины автоматизированного подъемника-автостоянки (АПАС). .

АПАС предназначена для высотного хранения отечественных и зарубежных марок легковых автомобилей в районах с высокой плотностью застройки при ограниченных площадях для парковки автотранспорта.

АПАС представляет собой модульную строительную конструкцию, имеющую внутри корпуса подъемник лифтового типа грузоподъемностью 3200 кг. Кабина предназначена для транспортирования специальных тележек, груженных автомобилями.

Использование для загрузки кабины рельсового транспорта диктует повышенные требования к точности остановки кабины и жесткости несущей металлоконструкции.

При перемещении груженой тележки с рельсов бокса на рельсы кабины подъемника происходит деформирование (проседание) металлоконструкции кабины. Величина этой деформации ограничена условиями нормальной эксплуатации механизма загрузки тележки в кабину. Гс превышение может вызвать аварийную ситуацию.

Расчетная схема металлоконструкции кабины подъемника представлена в виде пространственной стержневой системы. Схема содержит 157 элементов и 104 узловых точки (рис.1).

Для каждого режима работы были получены свои значения раз-

чг ® ЬЗ & <.<« © У5 © У5 © 47 © ив & *ч9 © 50 0 5/ 9 52 © 53 @ У» ©

Рис. 1. Схема разбиения на конечные элементы металлоконструкции кабины подъемника автостоянки

для расчета по МКЭ .

мероа поперечных сечени» элементов металлоконструкции кабин»с. чультаты расчетов показывают, что для каждого режима работы получается свое оптимальное сочетание размеров поперечных сечений элементов конструкции и соответственно своя оптимальная масса металлоконструкции.

Наибольшая масса металлоконструкции получается для режима загрузки транспортной тележки с автомашиной в кабину, в тоже время оценивая НДС необходимо отметить, что многие элементы получаются недогруженными. о

Установлено, что для определения оптимального варианта металлоконструкции кабины подъемника автостоянки необходим учет всех шести расчетных случаев нагружения.

Исследовано влияние требований жесткости на оптимальную массу металлоконструкции кабины подъемника автостоянки. Установлено, что в данном случае эти требования являются определяющими для работоспособности конструкции, а их выполнение ведет к значительному увеличению массы несущей конструкции.

В ходе расчетов был определен оптимальный вариант несущей металлоконструкции кабины и проведено исследование его НДС. Схемы деформирования оптимального варианта металлоконструкции кабины подъемника показаны на рис.2.

Проведено исследование влияния на массу металлоконструкции кабины подъемника автостоянки составляющих се элементов: балок порогов, верхней и нижней балок вертикальной рамы, корневых стоек, раскосов, боковых балок рамы пола, ездовых балок.

В четвертой главе даны практические рекомендации но применению разраГютанного алгоритма и программы'при проектировании металлоконструкции кабины подъемника автостоянки.

Сначала по техническому заданию конструктор создает эскиз будущего проекта, выбирается тин металлоконструкции (схема), геомет-

Рис. 2. Схемы деформирования металлоконструкции кабины подъемника автостоянки: а) при рабочем режиме, б) при загрузке тележки с автомашиной в кабину, в) при статическом испытании, г) при аварийной посадке кабины на ловители, д) при аварийной посадке кабины на буфера, е) при аварийном заедании кабины в направляющих

рическне размеры кабины н целом и вычисляются предполагаемые внешние нагрузки.

"Затем происходит подготовка исходной информации для расчета на ЭВМ: информация о тополоши конструкции; координаты узлов в общей системе координат, внешние нагрузки; граничные условия; сведения о материале. Формулируется оптимизационная задача: -выбираются переменные проектирования, ограничения и т.п. В память ЭВМ шюсятся геометрические характеристики сортамента, используемою в качестве элементов конструкции. »

В результате расчета разработчик получает: значения переменных проектирования и целевой функции для каждою рассмотренного варианта, количество оптимизационных шагов, для оптимального варианта: перемещения узлов, внутренние усилия и узлах, напряжения в сечениях ••: гержней.

Проанализировав результаты, конструктор делает вывод о необходимых изменениях в конструкции, изменяет типы используемого проката, элементы объединяются в отдельные группы н зависимости от iaiруженности, а также по конструктивным и технологическим соображениям.

В итоге получается вариант металлоконструкции кабины нодьем-иика с. оптимальным, в соответствии со сформулированной залачей. распределением материала и набором поперечных сечении элементов.

Делается вывод о пригодности полученного варианта конструкции, но которому и создаются рабочие чертежи кабины.

Приведенная последовательность проектирования и исно.м■ юва-ния опыта создания аналогичных конструкций позволяет .сущсавенно сокрашть время процесса'проектирования.'По мере использования данной методики н памяти ЭВМ будет накапливаться информация и сортаментах, тинах конструкций, координатах узловых точек для каждого типа схем металлоконструкций и другие полезные сведения, нс-

обходимые при проектировании конструкции. В результате процесс формирования исходных данных, который является наиболее трудоемкой и ответственной операцией, сократится до минимума.

Значительным препятствием на пути к снижению массы конструкции является отсутствие широкого ассортимента типоразмеров прокатного профиля, поэтому часто приходится брать в качестве элементов конструкции тяжелые сечения, ближайшие к требуемым в соответствии с каталогами ГОСТ. Необходимо отметить, что в последнее время намеуилась тенденция к применению специально изготовленных тонкостенных гнутых профилей, а также составных, сварных элементов для создания облегченных конструкций.

В приложении к диссертации дана программа для ЭВМ оптимизационного расчета металлоконструкции кабины подъемника автостоянки, справка об использовании результатов работы, патент № 2109118 (РФ).

. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

{.Обоснованы расчетные схемы металлоконструкции кабины подъемника автостоянки и определены нагрузки, действующие на металлоконструкцию. Установлено, что для расчета металлоконструкции кабины подъемника автостоянки одним из определяющих является- режим загрузки транспортирующей тележки в кабину подъемника. Исследованы особенности нагружения, деформирования и работы металлоконструкции кабины для этого режима.

2.Сформулирован и обоснован критерий оптимизации металло-'конструкцин кабины подъемника автостоянки. Принято, что критерием, адекватно характеризующим оптимальность конструкции, является ее масса, Определены переменные проектирования - поперечные раз-

меры сечений элементов.

3. Обосновано определение оптимальных параметров поперечных сечений элементов металлоконструкции методом прямого поиска, в основе которого лежит идея покоординатного спуска. Предложена модификация метода, отличающаяся тем, что вместо движения к минимуму функции цели после исследования направлений убывания критерия оптимизации по координате, дающей наибольшее убывание целевой функции, осуществляется движение но нескольким лучшим координатам. Данная модификация повышает вероятность прихода функции в глобальный минимум.

4.Оптимальное проектирование и расчет металлоконструкции кабины подъемника автостоянки проведены на основе метода конечных элементов. Разработан алгоритм определения размеров поперечных сечении элементов металлоконструкции кабины подъемника автостоянки, который основан на использовании метода безусловной минимизации с применением штрафных и барьерных функции. На основе алгоритма составлена программа для ЭВМ.

5.Установлены зависимости массы металлоконструкции кабины подъемника автостоянки от поперечных сечений составляющих ее элементов: балок порогов, верхней и нижней балок вертикальной рамы, корневых стоек, раскосов, боковых, балок рамы иола, ездовых балок.

6.Создана общая методика проектного расчета несушей конструкции кабины подъемника автостоянки с использованием созданного в диссертации алгоритма и программы. Изложена последовательность действий проектировщика.

Материалы диссертации отражены в следующих печатных работах; . . . .

1, Определение параметров несущих конструкций подъемников автоматизированных автостоянок / Л.В.Вертинский, А.Н.Шубин,

С.И.'Гимашов, О.П.Запятой И Известия Тульского государственного университета. Серия Подъемно-транспортные машины и оборудование.-) 999. -Вып.2. - С. 159-166.

2. Определение рациональных параметров несущей металлоконструкции кабины грузовою лифта автостоянки / С.П Тнмашов, В.И.Вишневецкий, Д.Ю.Ежек, Д.А.Приказов // Новое в подъемно -транспортной технике: Материалы научно-технической конференции с международным участием. -М., 1994. -С.60.

3. Патент Ла 2109118 (РФ), кл. 6 Е 04 11 6/18. Автоматизирован-тофзак-автостоянка / А.В.Вертинский, В.П.Занятой, В.К.Иванов,

Д.М.К^жтой, Н.Л.Лобов, В.Н.Наумов, Т.А.Никольская, А.М.Ромашка, Л.Н.Ссмснов, С.П.Тимашов, А.Н.Шубин // Б.И.-1998. -№11.

4.ТимадгюЕ С.П. Разработка методики оптимального проектирования несущей металлоконструкции кабины грузового лифта высотной автостоянки И Подъетуо-'фанспортные машины - на рубеже веков. Материалы иаучно-техттской конференции с международным участием. 1999. -С.67.

Подписано к печати Z9 .05.00. Заказ/271. Объем 1,0 п л. Тираж 100 экз. Типография МГТУ им. Н.Э.Баумана.

Введение.

1. Состояние вопроса. Постановка задач исследований.

1.1. Актуальность создание высотных автостоянок с лифтовыми подъемниками.

1.2. Анализ конструктивных характеристик легковых автомобилей с точки зрения определения грузоподъемности и оптимальных размеров кабины подъемника автостоянки.

1.3. Автоматизированный подъемник-автостоянка конструкции МГТУ им. Н.Э. Баумана.

1.4. Анализ существующих методов расчета и проектирования металлоконструкций лифтовых кабин.

1.5. Постановка задач, решаемых в диссертации.

Выводы.

2. Основные положения методики оптимального проектирования металлоконструкции кабины подъемника автостоянки.

2.1. Расчетные случаи и нагрузки.

2.2. Р1м|5ор материала металлоконструкции.

2.3. Применение метода конечных элементов для расчета стержневых пространственных конструкций.

2.4. Постановка оптимизационной задачи.

2.4.1. Критерий оптимального проектирования.

2.4.2. Вектор переменных проектирования.

2.4.3 Функции ограничений.,.

2.5. Выбор метода оптимизации.

2.6. Метод безусловной оптимизации с использованием барьерных и штрафных функций.

Выводы.

3. Определение параметров металлоконструкции кабины автоматизированного подъемника-автостоянки.

3.1. Определение оптимальных параметров металлоконструкции кабины подъемника автостоянки.

3.2. Влияние поперечных размеров элементов металлоконструкции кабины подъемника и допускаемых деформаций кабины на ее массу.

Выводы.

Появившаяся в настоящее время необходимость в создании высотной автостоянки для компактного хранения легковых автомобилей в условиях мегаполиса нацеливает на разработку новых современных подъемников лифтового типа, имеющих кабину с нестандартными размерами.

Для высотной автостоянки с лифтовым подъемником надежность, производительность и экономичность во многом зависят от работы металлоконструкции кабины подъемника, которая является дорогостоящей и трудоемкой составляющей при изготовлении подобных конструкций.

Создание металлоконструкции кабины подъемника автостоянки должно базироваться на изыскании новых, более совершенных конструктивных форм с учетом условий эксплуатации, на совершенствовании методов расчета и проектирования. В целях экономии затрат при изготовлении уже на стадии проектирования появляется насущная необходимость применения более точных математических моделей расчета металлоконструкции кабины подъемника автостоянки и создания эффективной методики ее проектирования.

На основании вышеизложенного целью настоящей диссертации является разработка методики оптимального проектирования металлоконструкции кабины подъемника автостоянки на основе численных исследований с учетом конструкторско-технологических ограничений, ограничений по прочности, статической жесткости, при установленных соответствующими нормами нагрузках.

Актуальность работы состоит в том, что результаты работы при внедрении их в практику проектирования позволят обеспечить обоснованное снижение металлоемкости крупногабаритных конструкций кабин лифтовых подъемников автостоянок за счет более совершенных методов расчета и проектирования. Кроме того, актуальность выполнения уточненных расчетов определяется повышенными техническими требованиями к жесткости металлоконструкции кабины подъемника автостоянки, направленными на обеспечение нормальной эксплуатации подъемника.

Научная новизна диссертационной работы представлена следующими результатами, полученными впервые и имеющими важное значение для проблемы оптимального проектирования металлоконструкции кабины лифтового подъемника автостоянки:

Разработаны методика и математическое обеспечение численного определения оптимальных параметров элементов металлоконструкции кабины подъемника автостоянки.

Обоснованы расчетные схемы металлоконструкции кабины подъемника автостоянки с определением действующих на металлоконструкцию кабины нагрузок.

В частности, установлено, что для расчета металлоконструкции кабины подъемника автостоянки одним из определяющих является режим загрузки транспортирующей тележки в кабину подъемника.

На основе численного анализа напряжённо-деформированного состояния проведена оптимизация металлоконструкции кабины автоматизированного подъемника-автостоянки (Патент № 2109118(РФ)).

Установлены зависимости массы металлоконструкции кабины подъемника от поперечных сечений составляющих ее элементов: балок порогов, верхней и нижней балок вертикальной рамы, корневых стоек, раскосов, боковых балок рамы пола, ездовых балок.

Практическая ценность работы. Предложенная методика расчета позволяет на стадии проектирования определять оптимальные параметры поперечных сечений элементов металлоконструкции кабины подъемника автостоянки и напряженно-деформированное состояние конструкции.

Применение результатов диссертационной работы дает возможность упростить и сократить во времени процесс проектирования металлоконструкций. Данную методику целесообразно использовать в составе САПР при проектных и научно-исследовательских работах по разработке крупногабаритных металлоконструкций кабин подъемников автостоянок.

Реализация результатов работы. Результаты теоретических исследований путей снижения массы металлоконструкции кабины подъч емника автостоянки, изложенные в диссертационной работе, были приняты к использованию Научно-техническим центром по освоению новых видов складской техники "Манипулятор" для модернизации металлических конструкций паркинга, построенного в г.Москве по адресу Скаковая ул., дом 17.

Применение результатов позволяет разрабатывать менее металлоемкие конструкции кабин лифтовых подъемников высотных автостоянок.

Основные положения докладывались и обсуждались на ежегодных научных семинарах кафедры "Подъемно-транспортные системы" МГТУ им. Н.Э. Баумана в 1994-1999 годах, на научно-технических конференциях с международным участием "Подъемно-транспортные машины - на рубеже веков", г.Москва, ноябрь 1999 года и "Новое в подъемно—транспортной технике", г.Москва, октябрь 1994 года. 7

Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы, приложения.

111 выводы

1. Проведен расчет металлоконструкции кабины подъемника автостоянки для шести расчетных случаев, сформулированных в главе 2. Установлено, что для расчета необходим учет всех расчетных случаев. Установлено, что определяющим является расчетный случай загрузки транспортной тележки в кабину.

2. Определен оптимальный вариант поперечных сечений элементов металлоконструкции кабины подъемника автостоянки, проведено исследование его напряженно-деформированного состояния для шести расчетных случаев. Наибольшие напряжения металлоконструкция испытывает при посадке кабины на ловители и буфера.

3. Установлены зависимости массы металлоконструкции кабины подъемника от поперечных сечений ее элементов: балок порогов, верхней и нижней балок вертикальной рамы, корневых стоек, раскосов, боковых балок рамы пола, ездовых балок.

4.Проведено исследование влияние величины допускаемых деформаций в точках их ограничений для режима загрузки транспортной тележки на массу металлоконструкции кабины подъемника автостоянки.