автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Разработка методики оптимального проектирования несущей металлоконструкции автомобильного подъёмника элеваторного типа гаражного комплекса

На правах рукописи УДК 621.876.31

Гнездилов Сергей Геннадьевич

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПТИМАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ НЕСУЩЕЙ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ АВТОМОБИЛЬНОГО ПОДЪЁМНИКА ЭЛЕВАТОРНОГО

ТИПА ГАРАЖНОГО КОМПЛЕКСА

Специальность 05.05.04 - Дорожные, строительные и подъёмно-транспортные машины

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

- 1 ДЕК 2011

Москва-2011

005003025

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

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Вершинский А. В.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Кобзев А. П.; кандидат технических наук, Сивоглазов А. С.

Ведущее предприятие - ОАО «НПК «Уралвагонзавод».

Защита состоится « 2б » де/^обрЯ 2014 г. в 1430 на заседании диссертационного совета Д 212.141.07 в Московском государственном техническом университете имени Н. Э. Баумана по адресу: 105Й05, г. Москва, 2-ая Бауманская ул., д. 5.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просьба высылать по указанному выше адресу.

Ознакомиться с диссертацией можно в библиотеке Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана.

Дата рассылки автореферата: «23 » ИОЯбрЯ_2011 г.

Учёный секретарь диссертационного совета доктор технических наук

Сарач Е. Б.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Стремительный рост автопарков крупных городов создаёт ряд проблем. Так, например, в Москве из-за интенсивного развития периферийных районов усиливается нагрузка на центр города, вызывающий особый интерес горожан, поскольку здесь расположены важнейшие культурные, исторические, деловые, торговые центры и другие объекты. Ввиду преимущественного интереса населения к торговым центрам идёт процесс перераспределения парковочных мест возле объектов, не относящихся к торговле, в пользу торговых центров. В результате такого перераспределения происходит ухудшение условий работы исторически значимых объектов, учреждений и организаций культурного и делового профиля.

Решением указанной проблемы в каждом конкретном случае может быть установление контроля над территориями, прилегающими к такому объекту, перемещение объекта с удалением его от торговых центров либо строительство систем компактного хранения автомобилей вблизи него.

Для компактного и организованного хранения автомобилей за рубежом широкое распространение получили автомобильные накопители элеваторного типа (АНЭТ), относящиеся к классу роторных систем парковки автомобилей (РСПА) механизированных автостоянок (MAC). Для АНЭТ характерно наличие двух пар верхних и нижних цепных звёздочек, приводящих в движение две бесконечные цепи, на которых равноудалённо друг от друга кон-сольно закреплены несущие платформы. Такие устройства впервые появились в США в 30-х годах прошлого века. Сегодня существует большое разнообразие конструктивных форм АНЭТ.

Кафедра подъёмно-транспортных систем МГТУ им. Н. Э. Баумана занимается созданием новых конструктивных форм механизированных автомобильных стоянок. За последние годы получен ряд патентов на автомобильные подъёмники элеваторного (АПЭТ) (рис. 1) и револьверного типов, соавтором которых является диссертант. В отличие от традиционных АНЭТ разработанные подъёмники не накапливают автомобили, а обеспечивают их кратковременное перемещение между уровнями гаражного комплекса (ГК).

Автомобильный подъёмник элеваторного типа эффективно использует парковочное пространство, работает без холостых ходов, способен одновременно выполнять операции загрузки и выгрузки автомобилей на различных несущих платформах. Его применение в ряде случаев позволяет уменьшить объём вредных выхлопов, снизить вероятность повреждения автомобилей от столкновений с элементами ГК.

На основе сравнения АПЭТ с подъёмниками лифтового типа по производительности определена область эффективного применения АПЭТ: их внедрение предпочтительно в ГК с числом уровней до 8-10 и малым значением разности уровней, а также в парковочных пространствах, для обеспечения требуемой производительности обслуживания которых недостаточно подъёмников лифтового типа при этом невозможно либо нерационально возведение рамповых заездов. Для АПЭТ наиболее благоприятны равномерно распределённые в течение дня (беспиковые) машинопотоки.

Одним из основных элементов АПЭТ является его несущая металлическая конструкция (НМК). Это наиболее металлоёмкий узел подъёмника, что вызывает первоочередную необходимость разработки алгоритма его оптимального проектирования. | а

В диссертации оптимальное про-актирование НМК АПЭТ предлагается -~

выполнять в последовательности, г-

включающей 7 базовых этапов, на ос- ^ ^ ^ | ♦Х5

нове которой, опираясь на информа- ^^рЙ^Й-

цию о ГК и о подлежащих хранению в

нём автомобилях, могут быть получе- <1--- ^Ь^Г г—

ны основные данные об оптимальной у

НМК АПЭТ для этого ГК. /

Рис. 1. Гаражный комплекс с АПЭТ конструкции МГТУ им, Н. Э. Баумана: 1 - здание гараж

ного комплекса, 2 - АПЭТ, 3 - проезжая часть, 4 - места хранения, 5,6- подъездные пути, 7 — ворота

Цель работы: разработать методику оптимального проектирования НМК АПЭТ, основанную на численных методах и учитывающую ряд ограничений по несущей способности, жёсткости, а также конструкторско-технологические ограничения.

Задачи работы.

Для достижения намеченной цели поставлены следующие задачи:

1. Разработать алгоритм оптимального проектирования НМК АПЭТ, включающий, в частности, определение действующих на НМК нагрузок, обоснование их расчётных сочетаний, построение расчётных схем, разработку вариантов НМК, определение для них наиболее неблагоприятных расчётных сочетаний нагрузок и параметрическую оптимизацию НМК с учётом обозначенных в формулировке цели работы ограничений.

2. Спроектировать оптимальные варианты НМК АПЭТ на основе разработанного алгоритма.

3. Подготовить рекомендации по практическому применению разработанного алгоритма на основе опыта проектирования вариантов НМК АПЭТ.

Методы исследования. В работе использованы известные методы строительной механики, аналитические и численные методы анализа напряжённо-деформированного состояния металлоконструкций, методы компьютерного моделирования в системе Creo Elements/Pro и методы оптимального проектирования.

Вид А

Научная новизна:

- разработана комплексная методика оптимального проектирования несущей металлоконструкции (НМК) новой конструктивной формы роторной системы парковки автомобилей - автомобильного подъёмника элеваторного типа (АПЭТ), включающая алгоритм проектирования, примеры его реализации и сформированные на их основе практические рекомендации по применению алгоритма;

- обоснована геометрическая форма НМК АПЭТ, на её основе получены варианты НМК для АПЭТ, определена топология панелей их модулей;

- установлены неблагоприятные расчётные сочетания нагрузок на НМК АПЭТ, проведена их структуризация; создан алгоритм определения значений нагрузок на НМК для их различных сочетаний;

-получены зависимости наибольших эквивалентных напряжений от расположения подвижной нагрузки для групп элементов вариантов НМК и определены наиболее неблагоприятные расчётные случаи;

- выполнена параметрическая оптимизация вариантов НМК АПЭТ, определены наиболее нагруженные элементы их конечных исполнений.

Достоверность результатов работы подтверждается применением современных апробированных методов исследования, выполнением контрольных расчётов, а также сопоставлением результатов с известными данными.

Практическая ценность:

- разработанная методика позволяет на начальном этапе проектирования новых АПЭТ, а также при совершенствовании существующих АНЭТ и др. РСПА обоснованно генерировать новые конструктивные решения НМК пониженной металлоёмкости для различных эксплуатационных условий.

- сформулированные в работе рекомендации по разработке нормативной документации для РСПА применимы при совершенствовании российской нормативной базы для механизированных автомобильных стоянок.

Реализация работы. Разработанная методика используется на ОАО «НПК «Уралвагонзавод», ЗАО «НПГ ПАРСЕК», а также в учебном процессе кафедры «Подъёмно-транспортные системы» МГТУ им. Н. Э. Баумана.

Апробация работы. По теме работы делались регулярные доклады на кафедре «Подъёмно-транспортные системы» МГТУ им. Н. Э. Баумана, а также на 12-й (МГСУ, 2008 г.), 13-й (МАДИ, 2009 г.) и 14-й (МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2010 г.) Московских межвузовских научно-технических конференциях студентов и молодых учёных с международным участием; на 5-й международной выставке «Лифт Экспо Россия-2011» (ВВЦ, 2011 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 3 - в изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией.

Объём работы. Диссертация включает в себя список основных терминов, введение, четыре главы основного текста, общие выводы, список литературы и приложение. Работа содержит 253 страницы машинописного текста, 26 таблиц, 95 рисунков, в том числе список литературы, в составе которого 138 источников отечественных и зарубежных авторов, а также 10 приложений на 58 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности темы диссертации и общую характеристику работы.

В разделе «Основные термины» дано определение 33 терминам, используемым в работе.

В первой главе представлены общие сведения об АНЭТ, предложена их классификация; рассмотрены вопросы оптимального проектирования РСПА, касающиеся, помимо прочего, снижения эксплуатационных затрат, металлоёмкости их элементов, повышения производительности; представлен обзор НМК различных АНЭТ, опираясь на который, с учётом области допустимого расположения элементов НМК, обоснована геометрическая форма НМК (рис. 2) разработанного на кафедре АПЭТ (рис. 1).

Как было отмечено выше, проектирование НМК АПЭТ предлагается выполнять последовательно в соответствии с блок-схемой, представленной на рис. 3, согласно которой на начальном этапе подготавливаются исходные данные: собираются сведения о ГК, определяются предельные габариты и масса автомобилей, допускаемых к перемещению в АПЭТ, прорабатываются геометрия трассы подъёмника, область допустимого расположения элементов его НМК и др.

Для реализации второго и третьего этапов последовательности (рис. 3) предложен подход (рис. 4), основанный на принципе декомпозиции исходной задачи, к обоснованию топологии панелей модулей НМК. Данный подход предполагает учёт многообразия вариантов конструктивного исполнения элементов НМК различных АНЭТ, в соответствии с которым осуществляется подготовка исходных данных (первый этап), обоснование компоновки модулей НМК (второй этап) и определение наилучшей топологии панелей её модулей (с третьего по седьмой этапы). При реализации шестого этапа применяются численные методы, рассмотренные во второй и третьей главах диссертационной работы. На основе данного подхода обоснована компоновка модулей НМК (её геометрическая форма) АПЭТ и выявлены наилучшие варианты панелей её модулей.

Несущая металлоконструкция (рис. 2) АПЭТ состоит из двух поперечных (фасадных) модулей А, обеспечивающих неизменяемость подъёмника в поперечном направлении и воспринимающих усилия от его подвижных элементов, одного продольного модуля связи в вертикальной плоскости Б, обеспечивающего совместность работы фасадных модулей, их параллельность и неизменность расстояния между ними, и двух модулей связи в горизонтальной плоскости В, воспринимающих усилия от перемещения автомобилей внутри АПЭТ.

Рис. 2. Схема НМК АПЭТ

1

4

м

1 Подготовка исходных данных

1

2 Обоснование исходной котнобкн ноду/т/ НМК

3 Хот&ш топологии панелей модулей НМК

К Исследование нпснмк

\<2!

5 Параметрическая оптимизация НМК

6 Подбор стандартных поперечных сечении злепентой НМК

1

7 Лроберка НМК

7 Характеристики гаражного комплекса (этажность, разность уровней, производительность. количество подъемников и параметры их шахт, климатическая зона расположение подъемника относительно здания гаражного комплекса)

2 Свойства перемещаемых автомобилей (предельные габарит и масса)

3 Г?ометрия трассы подъемника и характеристики несущих платформ (размеры, масса!

4 Область допустимого расположения элементов НМК

5 Материал элементов НМК_

1 Варианты компоновки модулей НМК

2 Исходная компоновка модулей НМК

3 Нагрузки на модулях НМК

4 Внешние закрепления (опоры! НМК

1 Топология панелей исходной компоновки модулей различных вариантов НМК АПЗТ, зависящая от комбинации внешних закреплений

2 Вшианты НМК

3 Объединение элементов НМК в группы

4 Присвоение группам элементов типов поперечных сечений___

1. Нагрузки на НМК

2 Расчётные сочетания наг/узок (неблагоприятные и наиболее неблагоприятные)

3 Компьютерная модель НМК

4 Связь между группами элементов и расчетными сочетаниями с учетом расположения подвижной нагаизки_

/ Ограничения оптимального проектирования

2 Критерий оптимальности

3 Характеристики поперечных сечений групп элементов оптимальной НМК. а также численное значение критерия оптимальности

4 Материал элементов НМК_

1 Технологически выполнимый близкий к огтималыюми вариант НМК АПЗТ

7 Твёрдотельная модель НМК

2 НАС твердотельной модели hШ при наиболее неблагоприятных расчетных сочетаниях

3 Наиболее нагаиженные элементы НМК I

. (1! Уточнение результатов 3-го этапа ^ (21 Передача результатов оптимизации

(31 Корректировка исходных данных Ш Уточнение ограничений

Рис. 3. Блок-схема последовательности оптимального проектирования НМК АГТЭТ

Рис. 4. Блок-схема последовательности выполнения этапов определения наилучшей компоновки модулей НМК

Этапы Q Начало ^

(V

(2)

Нет

исходных данных

Обоснобание конпонобкь мойцлей ПК 0 coomOemcmóUL с их несиити Фтиияпь

нагрузок, воспринимаемых

схем модулей

дарионтоб те пей НМК и

Параметрическая оптимизация бариантоб панет различных модилей НМК

т

Результаты этопоп

структуры панелей различных АНЗТ 2 Обобщение донных обзора поп. 1 3. Анализ рекомендаций по проектированию новых металлических конструкций 4 Исходные данные методики оптимального проектирования НМК АПЗТ

1 Компоновка модулей НМК АПЗТ ' 2 Модули НМК АПЗТ 3 Основные сведения о модулях НМК (назначение, вид нагружения. размеры. взаимное расположение/_

1. Виды нагрузок, воспринимаемых отдельными модулями НМК АПЗТ 2 Внешние закрепления модилей

1. Расчетные схемы модулей НМК АПЗТ

1 Преобразование модулей ó панели с учетом их взаимного расположения

2 Многообразие структурных вариантов панелей НМК АПЗТ

3. Расчётные (компьютерные! модели вариантов панелей

4. Ограничения оптимального проектирования

1. Многообразие структурных вариантов панелей НМК АПЗТ. соответствующих критериям оптимизации_

схемы предъявляемым к ним

поперечных сечений групп элементов

Замечания

(1) Внесение изменений в расчётные схемы

(2) Внесение изменений в структуру исходных вариантов панелей НМК

Да

И топологии Цежюйшно т ¡несение Нет

её панелей чтении 6 структуру aerator р> - /

fin ЬтинтоЬ панелей НМК? барионта панели

Аналитическим и экспериментальным методам исследования напряжённо-деформированного состояния (НДС) металлоконструкций подъёмно-транспортных машин, в том числе с применением систем автоматизации инженерных расчётов, посвящены работы Гохберга М. М., Соколова С. А., Вершинского А. В., Морозова JI. Ф., Леоновой О. В. и других авторов. Вопросы оптимизации металлических конструкций подъёмно-транспортных машин рассматриваются в трудах Виноградова А. И., Демокритова В. Н., КобзеваА. П., ТимашоваС. П., Сивоглазова А. С., Курганбекова А. М., Бе-радзе А. А., Шубина А. Н., Нгуена К. К., Колокольцева В. А. и др.

Вопросы проектирования механизированных автостоянок затронуты в следующих нормативных документах: СНиП 21-02-99 «Стоянки автомобилей»; МГСН 5.01-01 «Стоянки легковых автомобилей»; ДБНВ.2.3-15:2007 «Автостоянки и гаражи для легковых автомобилей» (Украина); ТКП 45-3.0225-2006 (02250) «Гаражи-стоянки и стоянки автомобилей. Нормы проектирования» (Республика Беларусь); VDI4466 Blatt 1. Automatische Parksysteme -Grundlagen (Германия); EN 14010:2003+^1:2009. Sicherheit von Maschinen -Kraftbetriebene Parkeinrichtungen für Kraftfahrzeuge - Sicherheits- und EMV-Anforderungen an Gestaltung (Европейский союз).

На основе материалов первой главы в выводах, в частности, отмечены существенные различия между автомобильными подъёмниками и накопителями элеваторного типа как конструктивного, так и эксплуатационного характера, например, при нормальной работе устройств в режимах загрузки/выгрузки автомобилей и движения тягового органа. Отсутствуют методики расчёта и оптимального проектирования НМК как РСПА, так и АНЭТ и АПЭТ, учитывающие особенности их эксплуатации. Неизвестна нормативная документация, которая регламентировала бы нормы расчёта РСПА.

Во второй главе рассмотрены вопросы, связанные с исследованием и оценкой напряжённого состояния НМК АПЭТ (четвёртый этап на рис. 3).

При проектировании НМК АПЭТ учитывались нагрузки, возникающие при нормальной работе подъёмника, возможных аварийных ситуациях и его испытаниях. Для наглядности взаимодействия основных элементов АПЭТ предложена блок-схема (рис. 5), в соответствии с которой, например, автомобиль вместе с водителем располагается на несущей платформе, подвешенной на консолях тягового органа, которые, в свою очередь, опираются на основные направляющие НМК. В то же время несущая платформа опирается на направляющие против её продольного и поперечного раскачивания, закреплённые на НМК, а в режиме загрузки/выгрузки продольное перемещение автомобилей внутри АПЭТ приводит к появлению усилий взаимодействия несущих платформ с НМК.

В части определения нагрузок на НМК АПЭТ в рамках диссертационной работы рассмотрены следующие вопросы: расположение консоли на прямолинейном участке трассы тягового органа; взаимодействие несущей платформы с её направляющими; взаимодействие несущей платформы с НМК в режиме загрузки/выгрузки автомобилей; тяговый расчёт трассы тягового органа; взаимодействие НМК с тяговыми звёздочками; взаимодействие НМК с

промежуточным валом; взаимодействие НМК с приводом (двигатель, редуктор) и элементами натяжного устройства.

Тягобая цепь

Консоль

II

Натяжное устр-бо

НМК

Тягой. зВездочка

Несущая платформа

т

ОЗъЕкт оптимизации

3

Автомобиль

Багаж

Водитель -л

З/ншйнешн. ограждения

тс

Рис. 5. Блок-схема, отражающая последовательность образования нагрузок на НМК АПЭТ: ННПпродР и ННПпоперР - направляющие несущей платформы против продольного и поперечного раскачивания соответственно

Ввиду отсутствия нормативных документов, регламентирующих расчёт и испытания НМК АПЭТ, её расчёт целесообразно проводить, опираясь на нормативные документы для устройств (таких как лифт, эскалатор, другие виды механизированных автомобильных стоянок), работа которых наиболее приближена к работе АПЭТ. Выполнен обзор нормативных документов для таких устройств и предложено 5 следующих сочетаний нагрузок на НМК АПЭТ, для которых сформулировано 29 расчётных сочетаний: 1. Разгон и торможение тягового органа при нормальной работе. 2. Загрузка/выгрузка автомобилей при нормальной работе. 3. Посадка несущей платформы на ловители при аварийной работе. 4. Свободное проседание тягового органа при аварийном обрыве. 5. Режим статических испытаний.

Статический расчёт НМК ведётся по методу допускаемых напряжений. С учётом вероятности работы АПЭТ в том или ином режиме приняты следующие значения коэффициента запаса прочности: 1,65 - режимы нормальной работы; 1,15 - аварийные режимы; 1,30 - статические испытания.

Для учёта влияния динамики подвижных элементов АПЭТ при определении нагрузок приняты следующие значения коэффициентов динамичности: =1 + о/я - для подвижных элементов и перемещаемых автомобилей в период разгона/торможения тягового органа, где а - ускорение разгона/торможения подвижных элементов; кд равен от 1,0 до 4,0 - для подвижных элементов в момент обрыва в тяговом органе (пропорционально расстоянию от нижней точки трассы тягового органа до рассматриваемого элемента АПЭТ). Предполагается, что обрыв в тяговом органе произойдёт на участке с наибольшим натяжением. Горизонтальное усилие, образующееся в результате разгона/торможения автомобиля, передаваемое на несущую плат-

форму, принято равным четверти номинального веса автомобиля. В режиме статических испытаний АПЭТ динамика его элементов не учитывается.

Методика оптимального проектирования НМК АПЭТ (рис. 3) апробирована на двух вариантах НМК (рис. 6), отличающихся комбинацией внешних закреплений и видом продольной части (модули Б и В на рис. 2): один вариант (рис. 6, а) имеет внешние закрепления лишь в основании, другой (рис. 6, б) - в основании и в четырёх узлах одного из фасадов. Элементы НМК объединены в группы элементов, поперечные сечения которых имеют одинаковые типы и размеры. Материал ездовых путей НМК 14Г2, остальных элементов - ВСтЗсп5.

Рис. 6. Схемы вариантов НМК проекта АПЭТ: вариант «без опирания» (слева); вариант «с опиранием» (справа) Выполнено исследование НДС (четвёртый этап на рис. 3) вариантов НМК (рис. 6) в зависимости от расположения подвижной нагрузки, в результате которого выявлены наиболее неблагоприятные расчётные сочетания, при коих образуются наибольшие эквивалентные напряжения в группах элементов НМК. На рис. 7 показаны расчётные схемы варианта НМК «с опиранием» для различных сочетаний нагрузок со следующими типами опор: абсолютное защемление - А, Б, В, Г; шарнирно-подвижная опора - Д, Е, Ж, 3.

Для выполнения исследования НДС вариантов НМК строились их компьютерные модели, основанные на численном методе - методе конечных элементов. Модель варианта НМК «с опиранием» (масса 8241 кг) содержит 2773 узла и 3337 балочных элементов, «без опирания» (масса 8440 кг) - 2778 и 3338, соответственно. Размеры поперечных сечений групп элементов при-

няты на основе обзора АНЭТ. На этапе исследования НМК и последующем этапе её оптимизации для экономии времени целесообразно применение в модели балочных элементов, на заключительном этапе контроля - объёмных конечных элементов (КЭ). Численные значения параметров моделей определены в расчётном модуле Pro/Mechanica системы Creo Elements/Pro (известна как Pro/Engineer) версии WildFire 3.0 ЕЕ.

Поскольку модель НМК АПЭТ должна учитывать все наиболее существенные факторы реальной конструкции, но в то же время не должна быть слишком перегруженной, в целях сокращения времени, необходимого для расчёта моделей НМК, а также для автоматизации работы с ними, в моделях применен ряд специальных приёмов. К специальным приёмам относятся: параметризация моделей, позволяющая при изменении управляющих параметров посредством специальных уравнений автоматически изменять зависимые параметры, участвующие в вычислениях; применение модуля Pro/Table для сведения в одну таблицу всех численных данных о нагрузках в различных сочетаниях; дополнительное разбиение КЭ моделей для учёта нагрузок приложенных вне узлов; передача усилия на НМК от несущих платформ с использованием специального инструмента Weighted Link расчётного модуля Pro/Mechanica, сбалансированно распределяющего передаваемые усилия на набор узлов модели; идеализация пластин балочными элементами; моделирование растяжек равнопрочными канатами, тонкими пластинами и пр. Модели вариантов НМК обеспечивают построение зависимостей ряда параметров (напряжения, перемещения) от расположения подвижной нагрузки для расчётных сочетаний с движением тягового органа; минимальный шаг перемещения подвижной нагрузки принят равным 40 мм.

Для расчётных сочетаний с движением тягового органа построены линии влияния (пример на рис. 8). Перемещение точек приложения подвижных нагрузок вместе с тяговым органом выполнялось с постоянным шагом. На каждом шаге вычислялось НДС НМК. Данные о наибольших эквивалентных напряжениях в группах элементов вариантов НМК при различных расчётных сочетаниях сведены в таблицы, по которым затем определены наиболее неблагоприятные расчётные сочетания (табл. 1). Для расчётных сочетаний с перемещением тягового органа АПЭТ найдены значения смещений его несущих платформ относительно загрузочных позиций, при которых образуются наибольшие эквивалентные напряжения в определенных группах элементов НМК. Установлено, что элементы фасадов вариантов НМК наиболее нагружены в аварийных режимах работы АПЭТ; элементы продольной части вариантов НМК максимально нагружены при работе АПЭТ в режиме загрузки/выгрузки автомобилей; элементы группы элементов «специальная стойка» наиболее нагружены в режиме статических испытаний АПЭТ.

В табл. 1 для обозначения расчётных сочетаний нагрузок используются следующие индексы: случаи аварийной работы АПЭТ 1.1.3 - подъём одного автомобиля, 1.2.4.1, 1.2.4.2, 1.2.4.3 - перемещение двух автомобилей; случаи нормальной работы АПЭТ в режиме загрузки/выгрузки автомобилей 2.1.1.2, 2.1.1.6, 2.1.1.8 и случай 2.2.1 выполнения статических испытаний АПЭТ.

Рис. 7. Расчётные схемы НМК АПЭТ: а - без приложения нагрузок; б - рабочий режим с перемещением автомобилей; в - рабочий режим загрузки/выгрузки автомобилей; г — аварийный режим обрыва цепи тягового органа и посадки несущих платформ на ловители; д - аварийный режим обрыва цепи тягового органа и его проседания в нижней части направляющих трассы подъёмника; е — режим статических испытаний. На схемах б-е продольная часть НМК не показана. На схемах в-д не показаны нагрузки от несущих платформ с автомобилями

Рис. В. Зависимости наибольших эквивалентных напряжений в группах элементов варианта НМК «с опи-ранием» от смещения х подвижной нагрузки для расчётного сочетания «одновременный подъём и спуск двух автомобилей со второго уровня»

Табл. 1. Соответствие расчётных сочетаний нагрузок

Порядк. номер Группа элементов Вариант НМК

«без опирания» «с опиранием»

Расч. сочет. Смещ. НП, м Расч. сочет. Смещ. НП, м

01 Ездовой путь 1.2.4.2 0,72 1.2.4.2 0,72

02 Перекладина 1.2.4.3 2,32 1.2.4.3 2,32

03 Раскос 1.2.4.3 2,16 2.2.1 0

04 х-Растяжка 2.1.1.2 0 - -

05 Стойка 1.2.4.2 0,76 1.2.4.1 0,80

06 у-Растяжка 1.2.4.3 0,40 _ _

07 х-Элемент 2.1.1.8 0 2.1.1.6 0

08 /-Элемент 1.1.3 2,28 2.2.1 0

09 Спец. стойка 2.2.1 0 2.2.1 0

10 Прод. стойка - - 1.2.4.1 3,20

11 Укосина - - 2.1.1.8 0

Установлено также, что важным направлением развития темы оптимального проектирования НМК АПЭТ является экспериментальное исследование возможных аварийных ситуаций в АПЭТ. Подчеркнута необходимость в разработке норм и правил проведения испытаний РСПА.

В третьей главе изложены вопросы параметрической оптимизации НМК АПЭТ (пятый этап работы, рис. 3). На данном этапе прорабатываются основные составляющие оптимизационной модели: целевая функция, независимые переменные и ограничения; выполняется поиск наилучших сочетаний значений независимых переменных вариантов (рис. 6) НМК АПЭТ.

В качестве критерия параметрической оптимизации НМК принята её масса. Независимыми переменными являются размеры поперечных сечений групп элементов НМК. В общем виде целевая функция критерия имеет вид

М = £(рД/,), (1)

где pt - плотность материала г-го элемента; Д - площадь поперечного сечения г'-го элемента; I, - длина г-го элемента; N - общее число элементов в НМК.

Оптимизацию НМК АПЭТ предлагается выполнять с учётом следующих ограничений: 1. Ограничения по прочности (напряжения в элементах НМК при наиболее неблагоприятных расчётных сочетаниях, не должны превышать предельно допустимых значений). 2. Ограничения по устойчивости. (Разработан подход к выборочной проверке внецентренно-сжатых стержневых элементов на устойчивость в соответствии со СНиП Н-23-81 * в Creo Elements/Pro, его действенность подтверждена решением тестовых задач) 3. Ограничения гибкости стержневых элементов. 4. Ограничения по жёсткости (в ряде случаев ограничивается перемещение узлов НМК). 5. Конструктивные ограничения (типоразмеры стандартных сортаментов ог-

раничивают область допустимых решений; элементы НМК объединены в группы) и др.

Для оптимизации вариантов НМК разработаны их конечно-элементные модели на основе балочных элементов, включающие: 757 узлов и 1117 элементов для варианта НМК «опиранием», и 762 узла и 1119 элементов для другого варианта НМК. Варьировались размеры поперечных сечений групп элементов с числом переменных равным 20 в каждой модели. Наиболее неблагоприятные расчётные сочетания автоматически учитывались на каждой основной итерации процедуры оптимизации.

Поиск минимумов масс (1) вариантов НМК с учётом ограничений выполнялся с применением универсального итеративного метода оптимизации - последовательное квадратичное программирование, - основанного на последовательном решении задач квадратичного программирования, аппроксимирующих исходную задачу оптимизации. На каждой основной итерации посредством модифицированного квазиньютоновского метода аппроксимируется Гессиан для функций Лагранжа. Такой подход необходим для постановки подзадачи квадратичного программирования, решение которой используется в процедуре линейного поиска при задании его направления.

Задача оптимизации с ограничениями в общем виде записывается

/(*)-» min, (2)

где xeD, D = \xeRn ¡F;(x)=0, iee, 0, /ei}; F,(x), G (x) - функ-

ции линейных и нелинейных ограничении соответственно.

Задача (2) на к-й итерации вблизи приближения хк к искомой стационарной точке х аппроксимируется задачей квадратичного программирования 1/2 dTBtd + V/(xt J min, (3)

где d = {x-xt)eDt, Dk=\leRn\VFi{xJd + Fi{Xk)=0, WGj{xk)Td+Gj{xk)<0, ies, jei}; Bk eR(n, n) - некоторая симметрическая матрица.

Задача (3) решается на основе метода квадратичного программирования.

С целью достижения глобального минимума процедура оптимизации выполнялась для различных начальных значений переменных параметров. Решение задачи (2) для функции (1) массы НМК дало оптимальные значения параметров вариантов НМК (рис.6) (масса НМК вариантов «с...» и «без опирания» равна 5586 и 5814 кг, соответственно), на основе которых приняты стандартные профили для поперечных сечений групп элементов.

Выполнение параметрической оптимизации НМК показало, что не все группы её элементов загружены на 100%. В варианте НМК «без опирания» полностью загружены: группа элементов «х-Элемент» при рабочем сочетании нагрузок «Загрузка/выгрузка автомобилей», группа элементов «v-Растяжка» - при аварийном сочетании нагрузок «Проседание тягового органа». Это связано с выполнением для них иных ограничений, а также с тем, что их удельный вес в НМК невелик. Приложение дополнительных связей к НМК АПЭТ в варианте НМК «с опиранием», по сравнению с вариантом НМК «без опирания», не дало существенного эффекта.

Анализ графиков изменения массы вариантов НМК на итерациях заключительной процедуры оптимизации (рис. 9) показывает, что сокращение разрыва в массе между оптимальными и исходными вариантами НМК на 90% происходит уже на 8-й итерации для варианта «без опирания» и на 9-й - для варианта «с опиранием», что свидетельствует о высокой скорости поиска оптимума используемого метода оптимизации.

На шестом этапе работы (рис. 3) подбираются стандартные поперечные сечения для групп элементов НМК и создаётся её твердотельная модель (седьмой этап работы), анализируется её НДС. Кратко изложен порядок конструирования узлов НМК с учетом расчета ее на усталость. Обобщены данные о наиболее нагруженных элементах вариантов НМК при различных расчётных сочетаниях. При нормальной работе АПЭТ наиболее нагружены элементы (рис. 6): 1, 17, 18 - вариант НМК «без опирания»; 43, 47, 57, 88, 91, 92 - вариант НМК «с опиранием». После испытаний АПЭТ контролю подлежат элементы: 17 - вариант НМК «без опирания»; 43, 47, 63, 87 - вариант НМК «с опиранием».

В четвёртой главе даются рекомендации по практическому применению методики оптимального проектирования НМК АПЭТ, которые поделены на три раздела: обоснование геометрической формы НМК АПЭТ, исследование НДС НМК АПЭТ и оптимизация параметров НМК АПЭТ.

Порядок выполнения пятого этапа (рис. 3) работы - параметрической оптимизации НМК, представлен на соответствующей блок-схеме (рис. 10).

На основе результатов работы отмечены некоторые особенности конструирования НМК АПЭТ, а также сформулированы рекомендации по разработке нормативной документации для РСПА, включающие следующие разделы: основные параметры и нагрузки РСПА, испытания РСПА, а также дан ряд ссылок на зарубежные нормативные документы для MAC.

Отмечено, что методика, ориентированная на инженеров, обладающих основными навыками в работы с программой Creo Elements/Pro, и, нацеленная главным образом на АПЭТ, применима к различным РСПА, а также частично к другим типам механизированных систем парковки автомобилей.

В приложении к диссертации: дано экономическое обоснование внедрения АПЭТ; представлены релевантная информация о НМК различных АНЭТ, тяговый расчет трассы тягового органа, результаты тестовых задач для подхода к проверке сжато-изгибаемых элементов НМК на устойчивость и способа идеализации пластин балочными элементами; дана оценка пригодности моделей на основе стержневых КЭ и метода последовательного квадратичного программирования для решения требуемых задач; приведён сравнительный анализ по производительности АПЭТ с лифтовыми подъемниками, программный код (на языке Creo Elements/Pro) для автоматизированного вычисления нагрузок на НМК; отражены результаты (20 графиков) исследования вариантов НМК АПЭТ; вложены копии патентов.

Рис. 9. Изменение целевой функции при оптимизации варианта НМК «с опиранием»

^ ■ Окончание Q) 1 Нет

изменений 6 НМК?

Нет I

Да

Были ли достугнуту ограничения прочности либо иные ограничения ?

Начало ■

Да

8 Проработка (¡озматости замены, лит поворота профилей попереч сечений указанных элементов

t

7 Анализ наиболее нагруженных злементоЪ НМК 6 ЬыяЬленних расчётных слцчаях

1

6 Выявление расчётных случаен, при которых достигнуты ограничения

Внесение атбетапйуют изменений по замене т '

5

4

подели

Замена профилей попер, сеч. зш-6 относящихся к указаж йщрувап параметрам, либо коррект. границ ' тениеГ Нет

Да Ьпечении барщцемыхгтметб?

границ?

(Модель НМК 2. Ограничения

0-1

Анализ результатов оптимизации

Нет I Постигли ли какие-либо барьируемые параметры границы ШыШта?

Да

Нет

Рис. 10. Блок-схема последовательности выполнения параметрической оптимизации НМК АПЭТ

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Обоснована новая конструктивная форма роторной системы парковки автомобилей - автомобильный подъёмник элеваторного типа и разработана комплексная методика оптимального проектирования его НМК (далее - методика), включающая алгоритм проектирования, примеры его реализации и сформированные на их основе практические рекомендации.

2. В соответствии с последовательностью выполнения этапов определения наилучшей компоновки модулей НМК и топологии её панелей получены варианты НМК АПЭТ «с опиранием» и «без опирания».

3. Обоснованы нагрузки на НМК и предложены их расчётные сочетания, созданы расчётные схемы вариантов НМК, их конечно-элементные модели, отражающие взаимодействие НМК с подвижными элементами АПЭТ и учитывающие их различное расположение.

4. С использованием разработанных конечно-элементных моделей вариантов НМК АПЭТ на основе исследования их напряжённо-деформированного состояния выявлены наиболее неблагоприятные расчётные сочетания нагрузок (для случаев с движением тягового органа получены зависимости наибольших эквивалентных напряжений в группах элементов НМК от расположения подвижной нагрузки относительно загрузочных позиций). Установлено, что элементы фасадов НМК наиболее нагружены в аварийных режимах, а элементы продольной части НМК - при работе АПЭТ в режиме загрузки/выгрузки автомобилей.

5. В результате параметрической оптимизации вариантов НМК («с опиранием» и «без опирания») АПЭТ по металлоёмкости с учётом ограничений по несущей способности и конструктивных ограничений определены наилучшие сочетания значений их независимых переменных (размеры поперечных сечений групп элементов) и приняты соответствующие стандартные профили элементов. В частности, показано, что масса оптимизированного варианта НМК «без опирания» превышает массу другого варианта на 4,1%.

6. В результате анализа напряжённого состояния оптимизированных вариантов НМК (со стандартными профилями) АПЭТ выявлены их наиболее нагруженные элементы, которые принадлежат фасадам НМК и главным образом сосредоточены в её основании, а также возле криволинейных участков трассы тягового органа.

7. В дальнейшем при совершенствовании алгоритмов проектирования АПЭТ целесообразно экспериментальное исследование возможных аварийных ситуаций в АПЭТ, а также уточнение порядка выбора сочетания внешних связей НМК в зависимости от конфигурации ближайших к подъёмнику объектов (в частности, неподвижных элементов здания ГК).

8. Предложены рекомендации к подготовке норм проектирования роторных систем парковки автомобилей, касающиеся вопросов определения нагрузок и проведения испытаний.

МАТЕРИАЛЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Патент № 53341 (РФ). Многоэтажная автостоянка / С. Г. Гнездилов [и др.] // Б.И. 2006. № 13.

2. Патент №2297502 (С2) (РФ). Механизированный гараж / С. Г. Гнездилов [и др.] // Б. И. 2007. №11.

3. Определение оптимальных геометрических параметров автомобильных подъёмников элеваторного типа / С. Г. Гнездилов [и др.] // Подъёмно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехниче-ские комплексы: Матер. XII Моск. межвуз. научно-техн. конф. студ., аспир. и мол. учёных (с междунар. участ.). М., 2008. С. 28-29.

4. Принципы оптимального проектирования несущих металлоконструкций автомобильного подъёмника / С. Г. Гнездилов [и др.] // Подъёмно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехниче-ские комплексы: Матер. XIII Моск. межвуз. научно-техн. конф. студ., аспир. и мол. учёных (с междунар. участ.). М., 2009. С. 30-31.

5. Патент № 2354792 (С1) (РФ). Способ компоновки модулей механизированных автостоянок элеваторного типа / С. Г. Гнездилов [и др.] // Б. И. 2009. № 13.

6. Гнездилов С. Г. Совершенствование конструктивных форм автомобильных подъёмников элеваторного типа //Подъёмно-транспортное дело.

2009. №4. С. 2-5.

7. Развитие классификации и терминологии в области механизированных автомобильных стоянок / С. Г. Гнездилов [и др.] // Подъёмно-транспортное дело. 2009. №5-6. С. 12-14.

8. Оптимальное проектирование несущей металлоконструкции автомобильного подъёмника элеваторного типа / С. Г. Гнездилов [и др.] //Подъёмно-транспортные, строит., дорож., пут. машины и робототехниче-ские комплексы: Матер. XIV Моск. междунар. межвуз. научно-техн. конф. студ., аспир. и мол. учёных. М., 2010. С. 30-32.

9. Положения оптимального проектирования роторных систем парковки автомобилей / С. Г. Гнездилов [и др.] // Безопасность транспортных средств в эксплуатации: Матер. 71-й междунар. научно-техн. конф. Нижний Новгород,

2010. С. 16-17.

10. Методика обоснования структуры панелей несущей металлоконструкции автомобильного подъёмника элеваторного типа / С. Г. Гнездилов [и др.] // Подъёмно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы: Матер. XV Моск. междунар. межвуз. научно-техн. конф. студ., аспир. и мол. учёных. М., 2011. С. 48-50.

11. Гнездилов С. Г. Напряжённо-деформированное состояние металлоконструкции автомобильного подъёмника элеваторного типа при различных сочетаниях нагрузок //Наука и образование: электронное научно-техническое издание. 2011. № 6. ШЬ: http://technomag.edu.ru/doc/192130.html.

Подписано к печати 18.11.11. Заказ №804 Объем 1,0 печ.л. Тираж 100 экз. Типография МГТУ им. Н.Э. Баумана 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д.5 (499) 263-62-01

61 12-5/344

Московский государственный технический университет

имени Н.Э. Баумана

На правах рукописи

ГНЕЗДИЛОВ СЕРГЕЙ ГЕННАДЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПТИМАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ НЕСУЩЕЙ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ АВТОМОБИЛЬНОГО ПОДЪЕМНИКА ЭЛЕВАТОРНОГО ТИПА

ГАРАЖНОГО КОМПЛЕКСА

Специальность 05.05.04 - Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Вертинский A.B.

Москва - 2011

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

Основные термины...................................................................................................4

Сокращения...............................................................................................................9

Введение...................................................................................................................10

Глава 1. Состояние вопроса и постановка задач исследования..............14

1.1. Актуальность создания новых конструктивных форм механизированных автомобильных стоянок....................................14

1.2. Автомобильные накопители элеваторного тина..............................16

1.3. Общие положения оптимального проектирования роторных систем парковки автомобилей...........................................................18

1.4. Проектирование несущей металлоконструкции роторной системы парковки автомобилей.........................................................28

1.5. Автомобильный подъемник элеваторного типа...............................34

1.6. Общие положения оптимального проектирования несущей металлоконструкции автомобильного подъемника элеваторного типа................................................................................47

1.7. Обзор методов расчета стержневых металлоконструкций подъемно-транспортных машин........................................................50

1.8. Обзор методов оптимизации стержневых металлоконструкций подъемно-транспортных машин...................53

1.9. Выводы по главе. Постановка задач исследования.........................55

Гл а в а 2. Исследование напряженного состояния несущей

металлоконструкции автомобильного подъемника элеваторного тина.............................................................................57

2.1. Элементы подъемника и их взаимодействие...................................57

2.2. Методика обоснования топологии панелей модулей......................61

2.3. Схемы вариантов несущей металлоконструкции............................64

2.4. Нагрузки...............................................................................................69

2.5. Сочетания нагрузок.............................................................................79

стр.

2.6. Расчетные сочетания нагрузок...........................................................84

2.7. Расчетные схемы несущей металлоконструкции.............................94

2.8. Расчет конструкций методом конечных элементов.........................96

2.9. Модели вариантов несущей металлоконструкции.........................102

2.10.Случаи наиболее неблагоприятного сочетания нагрузок..............109

2.11 .Выводы но главе.................................................................................128

Гл а в а 3. Вопросы оптимального проектирования несущей металлоконструкции автомобильного подъемника элеваторного типа............................................................................129

3.1. Общие сведения..................................................................................129

3.2. Целевая функция................................................................................131

3.3. Ограничения при оптимальном проектировании...........................131

3.4. Последовательное квадратичное программирование.....................140

3.5. Оптимизация вариантов несущей металлоконструкции................143

3.6. Контроль результатов оптимизации.................................................158

3.7. Выводы по главе.................................................................................164

Гл а в а 4. Рекомендации по практическому использованию

методики оптимального проектирования несущей металлоконструкции автомобильного подъемника элеваторного типа............................................................................165

4.1. Общие сведения..................................................................................165

4.2. Параметрическая оптимизация.........................................................169

4.3. Конструктивные особенности несущей металлоконструкции......174

4.4. Рекомендации к разработке нормативной документации для роторных систем парковки автомобилей.........................................177

Общие выводы........................................................................................................181

Список литературы.................................................................................................183

Приложение.............................................................................................................196

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ

Автомобиль - объект, обслуживаемый роторными системами парковки автомобилей, включающий в себя автотранспортное средство, водителя с пассажирами и находящийся в автотранспортном средстве груз, имеет габаритные размеры и массу не превышающие предельно допустимые значения для данного класса роторной системы парковки автомобилей.

Автомобильный накопитель элеваторного типа (АНЭТ) - роторная система парковки автомобилей, обеспечивающая продолжительное хранение автомобилей на ее несущих платформах.

Автомобильный подъемник элеваторного типа (АПЭТ; далее -подъемник) - роторная система парковки автомобилей, обеспечивающая кратковременное вертикальное межуровневое перемещение автомобилей в гаражном комплексе и являющаяся его составной частью. Особенностью работы АПЭТ является отсутствие холостых ходов, а также экономия времени при загрузке/выгрузке автомобилей.

Вспомогательные направляющие - см. направляющие несущих платформ от продольного и поперечного раскачивания.

Гаражный комплекс (др. назв. паркинг) - многоуровневое сооружение, предназначенное для хранения автомобилей. Каждый уровень Г.к. включает несколько стационарных мест хранения, разделенных проездными путями. Межуровневое перемещение автомобилей в Г.к. осуществляется автомобильным подъемником элеваторного типа.

Загрузочная позиция - такое расположение несущих платформ относительно уровней гаражного комплекса, при котором допускается работа подъемника в режиме загрузки/выгрузки.

Консоль (attachment - англ.) - элемент тягового органа, обеспечивающий сквозной проезд автомобилей через несущие платформы и исключающий вероятность столкновения соседних несущих платформ при их перемещении по криволинейным участкам.

Криволинейный участок (трассы подъемника) - участок трассы конечного радиуса, характеризующийся наличием различных скоростей и ускорений тягового органа и перемещающихся по участку несущих платформ, а также наличием сложной системы вспомогательных направляющих.

Ловитель (несущей платформы) - устройство безопасности, срабатывающее в случае обрыва тягового органа и предотвращающее его дальнейшее движение. Каждая несущая платформа снабжена двумя Л., установленными на консолях и имеющими общую связь. Срабатывая, Л. контактируют с элементами основных направляющих несущей металлоконструкции.

Место хранения (др. назв. - машиноместо) - площадка в гаражном комплексе, необходимая для установки одного автомобиля, площадь которой складывается из площади горизонтальной проекции неподвижного автомобиля с добавлением разрывов приближения (зон безопасности) к соседним автомобилям или любым препятствиям [63].

Модули связи в горизонтальной плоскости - элементы несущей металлоконструкции, воспринимающие усилия от перемещающихся по несущим платформам автомобилей на разных уровнях гаражного комплекса.

Модуль связи в вертикальной плоскости - элемент несущей металлоконструкции, обеспечивающий жесткость подъемника в продольном направлении, а также параллельность и неизменность расстояния между поперечными модулями.

Направляющие несущей платформы от поперечного раскачивания (ННПоПоперР) (вспомогательные направляющие) - система направляющих, исключающая раскачивание несущих платформ на всех участках трассы подъемника в поперечном направлении.

Направляющие несущей платформы от продольного раскачивания (ННПоПродР) (вспомогательные направляющие) - система направляющих, исключающая раскачивание несущих платформ на прямолинейных участках трассы подъемника в продольном направлении.

Несущая металлоконструкция (НМК) - система металлических конструкций, включающая основные направляющие, обеспечивающая единство всей конструкции подъемника и перемещение его подвижных элементов по требуемым траекториям. НМК включает: поперечные модули, модуль связи в вертикальной плоскости и модули связи в горизонтальной плоскости. В состав НМК не входят: подвижные элементы; устройства, обеспечивающие перемещение подвижных элементов; конструкция вспомогательных направляющих; натяжные устройства и неподвижные элементы тяговых звездочек.

Несущая платформа (др. назв. - люлька) (cage - англ.) - захват для транспортируемых в подъемнике грузов (автомобилей), шарнирно закрепленный на конце консоли тягового органа. Для исключения раскачивания в продольном и поперечном направлениях Н.п. снабжена направляющими роликами и направляющими несущей платформы против продольного и поперечного раскачивания. Подъемник включает шесть Н.п.

Оптимальные параметры (несущей металлоконструкции) - параметры, при которых несущая металлоконструкция находится в таком состоянии, когда изменение любого параметра приводит либо к увеличению ее массы либо к нарушению ограничений на ее проектирование.

Основные направляющие (др. назв. - ездовой путь) - элемент несущей металлоконструкции, ограничивающий перемещение тягового органа в поперечном направлении и повторяющий траекторию трассы подъемника. О.н. воспринимают момент, передающийся через консоль, от консольного расположения несущих платформ. Натяжение тягового органа в О.н. создается натяжным устройством в верхней части трассы подъемника.

Перемещение автомобиля - выполнение подъемником операций, в результате которых несущая платформа с расположенным на ней автомобилем перемещается с одного уровня гаражного комплекса на другой.

Подвижные элементы (подъемника) - элементы подъемника, изменяющие свое положение при выполнении подъемником операций по перемещению автомобилей.

Поддон - основание несущей платформы, обеспечивающее ее жесткость и контактирующее с перемещаемыми в подъемнике автомобилями, снабженное двумя противооткатными устройствами.

Подъемная ветвь (подъемника) - часть подвижных элементов подъемника, расположенная на одном из прямолинейных участков, обеспечивающих подъем автомобилей.

Подъемник - см. Автомобильный подъемник элеваторного типа.

Поперечное направление - направление в горизонтальной плоскости перпендикулярное продольному направлению и параллельное плоскости тягового органа.

Поперечные (фасадные) модули (фасады) - элементы несущей металлоконструкции, обеспечивающие жесткость подъемника в поперечном направлении и воспринимающие усилия от подвижных элементов.

Продольное направление - направление в горизонтальной плоскости параллельное направлению движения автомобиля, взаимодействующего с подъемником в режиме загрузки/выгрузки.

Противооткатное устройство - устройство, расположенное на поддоне несущей платформы и предназначенное для указания водителю автомобиля места остановки на несущей платформе, а также защищающее автомобиль от съезда с несущей платформы в период его перемещения.

Прямолинейный участок (трассы подъемника) - участок трассы бесконечного радиуса кривизны, для которого характерно равенство (в период установившегося движения) скоростей и ускорений тягового органа и перемещающихся по участку несущих платформ, а также постоянство параметров вспомогательных направляющих.

Режим загрузки/выгрузки (автомобилей) - рабочий режим подъемника, при котором производится въезд автомобилей на несущие платформы, а также выезд с них, сопровождающийся работой стыковочных устройств. Р. можно считать завершенным, если на несущих платформах подъемника осталось максимум два автомобиля по одному на каждой ветви.

Роторная система парковки автомобилей (РСПА) - (англ. rotary parking, нем. Umlaufparker) - система парковки автомобилей, в которой перемещение автомобилей совершается по криволинейной бесконечной траектории. См. также: Автомобильный подъемник элеваторного типа, Автомобильный накопитель элеваторного типа.

Сквозной проезд (автомобилей через несущие платформы) -конструктивное исполнение несущих платформ подъемника, при котором обеспечивается возможность движения (в режиме загрузки/выгрузки) перемещаемого подъемником автомобиля в одном направлении.

Спусковая ветвь (подъемника) - часть подвижных элементов подъемника, расположенная на одном из прямолинейных участков, выполняющая операции по спуску автомобилей.

Стыковочное устройство (др. назв. - сухарь) - устройство, ограничивающее перемещение и колебания в вертикальном направлении несущих платформ, расположенных в загрузочной позиции, при работе подъемника в режиме загрузки/выгрузки автомобилей.

Трасса (тягового органа) - траектория, описываемая точкой, расположенной на средней линии цепи тягового органа, при движении ее вместе с тяговым органом. Т. состоит из двух прямолинейных и двух криволинейных участков.

Тяговый орган - бесконечный гибкий элемент подъемника, состоящий из консолей и отрезков тяговой цепи, соединяющий все несущие платформы, который, передвигаясь по основным направляющим несущей металлоконструкции, перемещает несущие платформы по требуемой траектории так, чтобы они не задевали друг друга. В подъемнике имеется два ТО, равноускоренное движение которых обеспечивается трансмиссионным валом.

Фасад - см. Поперечный модуль.

СОКРАЩЕНИЯ

АНЭТ - автомобильный накопитель элеваторного типа. АПЭТ - автомобильный подъемник элеваторного типа. ГК - гаражный комплекс.

MAC - механизированная автомобильная стоянка. МСВП - модуль связи в вертикальной плоскости. МСГП - модуль связи в горизонтальной плоскости. НМК - несущая металлическая конструкция. НП - несущая платформа. НУ - натяжное устройство.

РСПА - роторная система парковки автомобилей. ТО - тяговый орган.

ВВЕДЕНИЕ

В эпоху бурного роста парка автотранспортных средств ввиду неприемлемости [74] искусственного ограничения автомобилизации важным направлением развития научно-технического прогресса является совершенствование существующей автотранспортной инфраструктуры и дорожной сети, устранение диспропорций и узких мест в их развитии.

Содействовать решению проблем наземного транспорта в местах с высокой концентрацией населения призвана разработанная на кафедре «Подъемно-транспортные системы» МГТУ им. Н.Э. Баумана новая модификация роторной системы парковки автомобилей - автомобильный подъемник элеваторного типа. В отличие от традиционных роторных систем парковки, используемых в качестве накопителей автомобилей, разработанный подъемник предназначен для кратковременного вертикального межуровневого перемещения автомобилей.

По сравнению с распространенными автомобильными подъемниками лифтового типа подъемник элеваторного типа при небольших высотах подъема автомобилей имеет более высокую производительность из-за отсутствия необходимости в совершении холостых ходов и экономии времени при загрузке/выгрузке автомобилей. Данное утверждение подтверждается сравнительным анализом автомобильного подъемника элеваторного типа с автомобильными подъемниками лифтового типа по производительности (см. приложение 3).

В зависимости от ряда параметров (этажности гаражного комплекса; стоимости одного места хранения в здании гаражного комплекса, зависящей от расположения и типа гаражного комплекса; уровня безопасности пользования устройством и его производительности) экономический эффект от внедрения автомобильного подъемника элеваторного типа в гаражном комплексе соответствует стоимостному эквиваленту высвобождаемых мест хранения и соответствует 6-10 местам хранения (приложение 1).

Вследствие того, что наиболее металлоемким элементом автомобильного подъемника элеваторного типа является его несущая металлоконструкция, а также ввиду отсутствия методик, рассматривающих подходы к ее проектированию, актуальной является задача разработки методики оптимального проектирования несущей металлоконструкции автомобильного подъемника элеваторного типа с учетом особенностей его эксплуатации.

В рамках работы выполнен обзор вариантов конструктивного исполнения несущей металлоконструкции различных автомобильных накопителей элеваторного типа [36] и на его основе предложены структурные варианты несущей металлоконструкции для автомобильного подъемника элеваторного тина конструкции МГТУ им Н.Э. Баумана. Применительно к этим структурным вариантам апробируется предлагаемая методика.

Научная новизна диссертационной работы подтверждается совокупностью нижеследующих результатов, имеющих важное прикладное значение при решении задач, связанных с оптимальным проектированием несущих металлоконструкций автомобильных подъемников элеваторного типа:

~ разработана комплексная методика оптимального проектирования несущей металлоконструкции (НМК) новой конструктивной формы роторно