автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Разработка системы автоматизации проектирования мостового крана с учетом динамических характеристик

На правах рукописи

КОМЕРЗАН ЕВГЕНИЙ ВЛАДИСЛАВОВИЧ

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МОСТОВОГО КРАНА С УЧЕТОМ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

Специальность 05.13.12. — Системы автоматизации проектирования (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 с Ш иЗ

Омск 2009 ^

003471714

Работа выполнена на кафедре «Управление качеством и сертификация» ГОУ ВПО «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия»

(СибАДИ)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Ахтулов Алексей Леонидович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Браилов Иван Григорьевич

кандидат технических наук, доцент Одинец Мария Николаевна

Ведущее предприятие: Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования Омский государственный университет путей сообщения, г. Омск

Защита диссертации состоится 11 июня 2009 г. в 14.00 ч. на заседании объединенного диссертационного совета ДМ 212.250.03 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия» (СибАДИ) по адресу: 644080, г. Омск, пр. Мира, 5, зал заседаний.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия" (СибАДИ) по адресу: 644080, г. Омск, пр. Мира, 5.

Отзывы на автореферат направлять по адресу: 644080, г. Омск, пр. Мира, 5., тел, факс: (3812) 65-03-23, e-mail: arkhipenko_m@sibacli.org

Автореферат разослан 8 мая 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета ДМ 212.250.03 1 /)

кандидат технических наук е^ш^Т^ М.Ю. Архипенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

А1сгуалыюсть проблемы. В настоящее время при проектировании грузоподъемных кранов сформировался подход, основанный на широком использовании комплексной компьютеризации при проектировании, испытаниях, производстве и эксплуатации, которые получили широкое распространение в мировой практике как CALS (ИЛИ) - технологии. Сложность конструкций грузоподъемных кранов и их потенциальная опасность при выполнении различных видов по-грузо-разгрузочных работ, а так же постоянное стремление конструкторов к увеличению грузоподъемности и рабочих скоростей при одновременном снижении металлоемкости кранов предопределяет широкое использование CALS-технологий с целью унификации и стандартизации спецификаций механизмов кранов на всех этапах жизненного цикла.

Повышение производительности кранов приводит к росту динамических нагрузок, увеличению динамических ошибок в законах движения рабочих органов и тем самым вызывает необходимость проведения всестороннего динамического анализа машины на стадии ее проектирования. Таким образом, в последнее время значительно возрос интерес к использованию систем автоматизации проектирования, конструирования и технологической подготовки производства. Это вызвано, прежде всего, необходимостью обеспечения высоких эксплутационных характеристик кранов при одновременном сокращении ресурсов необходимых для их серийного производства и эксплуатации, при повышении степени обоснованности принимаемых технических решений, особенно на ранних стадиях проектирования, что реально осуществимо лишь на основе сквозной автоматизации проектно-конструкгорских и технологических работ.

Внедрение систем автоматизации проектирования в промышленное производство, предполагает использование различных комплексных CAE/CAD/CAM-сисгем в виде многократного обращения к конструкторской документации в разных проектах, что позволяет существенно сократить и удешевить общий цикл проектирования и производства. Сложность использования комплексного подхода д ля решения задач автоматизации проектирования грузоподъемных кранов мостового типа заключается в освоении конструктором всех иногда малоиспользуемых инструментов, функций и возможностей программного обеспечения. Предложенные ИИ. Абрамовичем, СА, Казаком методы решения вопросов автоматизации проектирования мостовых кранов и разработанные ранее САПР в связи с высокими темпами развития компьютерной техники и технологий безнадежно устарели. Вопросы же разработки САПР, имеющих специализированные модули для решения основных задач проектирования грузоподъемных кранов мостового типа рассмотрены недостаточно и в настоящее время малоэффективно используются на производстве. Поэтому разработка алгоритмов создания САПР механизмов грузоподъемных кранов мостового типа и кранов в целом, а так же программ для расчета динамических характеристик является весьма актуальной проблемой.

Целью работы является повышение эффективности функционирования системы автоматизации проектирования мостового крана на основе разработанного алгоритма учета динамических характеристик, что позволяет совершенствовать процесс проектирования основных механизмов и крана в целом.

Анализ состояния научной проблемы и сформулированная цель определили наиболее важные задачи исследования:

1) Провести теоретические и экспериментальные исследования процесса передвижения для определения основных динамических характеристик (перемещений, скоростей, ускорений крана и груза).

2) Разработать новую математическую модель, учитывающую динамические характеристики механизма передвижения и исследовать существующие математические модели процесса передвижения крана мостового типа и методики для определения максимальных динамических нагрузок действующих на мост крана в горизонтальной плоскости и на грузовые канаты.

3) Выполнить анализ работы крана при передвижении с использованием математической модели с целью оценки влияния различных факторов на динамические характеристики, и решить задачу оптимизации переходных процессов.

4) Разработать методику автоматизации проектирования механизмов передвижения мостового крана с учетом динамических характеристик крана.

5) Для автоматизации процесса проектирования механизма передвижения и крана в целом разработать алгоритм, позволяющий создать САПР, которая в виде отельной программы позволит учитывать динамические характеристики крана при проектировании.

Объект исследования: механизм передвижения мостового крана. Предмет исследования: основные динамические характеристики механизма передвижения мостового крана

Научная новизна работы заключается:

1) В предложенной математической модели сложной динамической системы крана для исследования переходных процессов передвижения, которая позволяет анализировать различные конструкторские решения и учитывает динамические характеристики механизма передвижения, т.е. начальное движущее усилие механизма передвижения, движение груза в горизонтальной плоскости и влияние этих параметров на величину максимальных динамических нагрузок которые сохраняются в базе данных и могут быть использованы на любом этапе проектирования крана, в том числе и при расчетах кранов на прочность и устойчивость.

2) В выявленных закономерностях и установлении для мостовых кранов оптимального соотношения динамических характеристик: перемещений, скоростей, ускорений крана и груза, а так же времени разгона, максимальных динамических нагрузок действующих на металлоконструкцию моста крана при передвижении.

3) В разработке методики и алгоритма автоматизации проектирования механизмов передвижения грузоподъемных кранов мостового типа с учетом динамических характеристик, отличающиеся тем, что позволяют дополнительно интегрировать в САПР крана разработанные программы для решения задач синтеза и анализа проектных решений мостового крана, которые отличаются от комплексных CAD/CAE систем меньшей трудоемкостью освоения конструктором и простым интерфейсом, что позволяет значительно сократить время проектирования.

Практическая ценность работы заключается в следующем: 1) Разработанный алгоритм и программа расчета оптимальных динамических характеристик позволяет автоматизировать процесс расчета и в результате по-

лучать такие параметры механизма передвижения и крана, которые являются исходными данными для обоснованного выбора рабочего оборудования механизма передвижения, т.е. для проектирования кранов мостового типа.

2) Разработанная инженерная методика расчета оптимальных динамических характеристик грузоподъемных кранов мостового типа и полученные выводы и рекомендации позволяют улучшать качество проектирования.

3) Разработана ЗБ-модель в программе Solid Works приложения Cosmos Motion, которая состоит из 1200 деталей, позволяет проводить машинный эксперимент.

Методы исследования: При проведении исследований и реализации поставленных задач использовались теоретические основы автоматизированного проектирования, методы математического моделирования, математического анализа, теории алгоритмов.

На защиту выносятся:

1) Методика и алгоритм автоматизации проектирования механизмов передвижения грузоподъемных кранов мостового типа.

2) Математическая модель грузоподъемного крана мостового типа для исследования процессов передвижения, и разработанная на ее базе программа расчета оптимальных динамических характеристик.

3) Методика расчета оптимальных динамических характеристик (перемещений, скоростей, ускорений крана) и максимальных динамических нагрузок действующих на металлоконструкцию и грузовые канаты крана при передвижении.

Реализация работы. Разработанная программа расчета оптимальных динамических характеристик мостовых кранов при передвижении, а так же алгоритм автоматизации проектирования механизмов передвижения мостовых кранов используются в практике проектирования НПО «Мостовик», Крановый завод и в учебном процессе кафедры «Детали машин и инженерной графики» ФГОУ ВПО ОмГАУ.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и получили одобрение на 6-ой Международной научно-технической конференции, посвященной 65-летию ОмГТУ «Динамика систем, механизмов и машин» (Омск, ОмГТУ, 2007 г.); на 2-ой Всероссийской научно-практической конференции «Управление качеством образования, продукции и окружающей среды» (Бийск, БТИ АлтГТУ, 2007 г.); на Ш Международной научной конференции «Проблемы динамики и прочности исполнительных механизмов и машин» (Астрахань, 2007 г.); на Международном конгрессе посвященном 45-летию факультета «Транспортные и технологические машины» (Омск, СИБАДИ, 2007 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ, из которых 1 из перечня рецензируемых научных журналов и изданий, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка литературы из 96 наименований и приложения. Основной текст изложен на 149 страницах, содержит 7 таблиц и 47 рисунков, приложение на 2 страницах.

Автор выражает благодарность кандидату технических наук, доценту Кирасирову Олегу Михайловичу за научные консультации по теме диссертационной работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы диссертации, формулируется цель работы, научная новизна, основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе дается общая характеристика и анализ технических решений и исследований, направленных на снижение динамических нагрузок и оптимизацию переходных режимов работы грузоподъемных машин по работам отечественных (М.М. Гохберга, О.В. Григорова, Б.Л. Давыдова, В.А. Скородумова, С.А. Казака, Б.С. Ковальского, M.С. Комарова, H.A. Лобова, В.М. Соболева) и зарубежных (Ф. Зедльмаера, X. Дрессига, М. Шеффлера) исследователей.

Рассмотрены методики инженерных расчетов динамических характеристик при передвижении грузоподъемных кранов мостового типа.

Практика применения систем автоматизации проектирования в отечественном краностроении выявила следующие особенности: во-первых, при проектировании мостовых и башенных кранов основное внимание уделяется прочностным расчетам, расчетам сварных швов и болтовых соединений; во-вторых, информация по расчету динамических характеристик при передвижении с использованием средств САПР отсутствует.

В работах Н.А Лобова, Ф. Зедльмаера теоретически доказано и экспериментально подтверждено, что параметры механизма передвижения крана (т.е. его движущая сила, передаточное отношение редуктора и др.) оказывают значительное влияние на характер переходных процессов (неустановившихся режимов разгона) и на значения максимальных инерционных нагрузок на металлоконструкцию крана, что объясняется тем, что грузоподъемные краны работают в режиме многократного включения механизмов, характеризующимися частыми пусками и остановками и подтверждает необходимость дальнейших исследований.

Проведенный обзор и анализ состояния вопроса так же показал, что отсутствуют инженерные методики расчета и программы, предназначенные для моделирования процессов передвижения мостовых кранов с различными параметрами механизма передвижения и крана в целом. Особенно актуальным является вопрос автоматизации проектирования грузоподъемных кранов мостового типа, т.к. несмотря на то, что эти задачи рассматривались в работах И.И. Абрамовича, С.А. Казака и др., на производстве практически не используются САПР мостовых кранов.

Таким образом, подтверждена необходимость учета динамических характеристик при разработке систем автоматизации проектирования мостовых кранов (механизмов передвижения).

Во второй главе представлена разработанная математическая модель.

Отмечается, что грузоподъемный кран представляет собой единую динамическую систему, состоящую из механизмов, несущей металлоконструкции, приводов и строительной части здания, при передвижении которого возникает ряд динамических процессов, к которым относятся: поперечные и вращательные движения крана в горизонтальной плоскости в пределах зазоров между ребордами ходовых колес и рельсами; колебания элементов механизмов передвижения и металлоконструкции, возникающие при его пуске и торможении; ударное нагружение элементов ходовой части крана и его металлоконструкции при переезде крановыми ходовыми колесами рельсовых стыков.

При этом рабочий процесс характеризуется повторно-кратковременным режимом включения механизмов с частыми пусками и остановками. Идеальные переходные процессы способствуют снижению динамических нагрузок на металлоконструкцию, повышению безопасности грузоподъемных операций, увеличению срока службы крановых компонентов. Подробное изучение режимов работы крана и анализ возникающих при этом динамических процессов позволил сделать рад важных допущений, существенно влияющих на адекватность разрабатываемой модели.

В настоящей работе для разрабатываемой модели, предназначенной для исследования переходных режимов работы крана приняты следующие допущения: грузоподъемный кран представлен как система с сосредоточенными параметрами; модель голономна и стационарна; кран рассматривается в инерциалыюй системе координат ХОУ, начало которой совпадает с центром грузовой тележки, которая движется вместе с краном; главные и концевые балки моста крана представляют собой абсолютно жесткие тела с равномерно распределенной массой; гибкая подвеска груза заменяется упругой связью с условной горизонтальной жесткостью; скорости и размеры приводных колес равны; рассматривается расположение грузовой тележки в середине пролета моста крана; не учитываются зазоры в трансмиссии и приводе; сила сопротивления передвижению крана принимается постоянной; учитываются затухание колебаний в трансмиссии и металлоконструкции моста; боковые силы, действующие на крановую систему при разгоне и торможении принимаются равными нулю; в силу практической симметрии нагруженное™ крана две его главные балки моста заменяются одной.

На основании экспериментального исследования характера физических процессов на ЗЕ)-моделн крана, а так же путем сопоставления расчетов, схема двухблочного мостового крана в соответствие со всеми принятыми выше допущениями в общем случае представляется в виде, показанном на рисунке 1.

Предлагаемая расчетная схема мостового крана рисунок 1 , рассматривает случай расположения грузовой тележки в середине пролета, когда динамические нагрузки на металлоконструкцию принимают максимальные значения. Использование такой расчетной схемы для оптимизации процессов передвижения мостовых кранов оправдано, потому что положение тележки практически не оказывает влияния на время разгона (торможения), угол отклонения грузовых канатов от вертикали, а динамические нагрузки на металлоконструкцию при смещении тележки к концевым балкам уменьшается.

С учетом принятых допущений для расчетной схемы на рисунке 2, в силу практической симметрии выполняются следующие условия: где ш „=2 ш пЬ шк-2ш кЬ Р1=2Рд, Р\у=2 Р№1. Таким образом, мостовой кран рассматривается как система с тремя сосредоточенными массами, две из которых (т к1) приведены к поступательному перемещению концевых балок, а одна (т м) - к поступательному перемещению тележки в середине пролета. Рассматриваемая трехмассовая расчетная схема на рисунке 2, получена из 6-массовой путем объединения масс тп и т'к, т.е. тк~тл+т'к, составленную на основании предположения об абсолютной жесткости механизма передвижения.

Принятая трехмассовая расчетная схема, предназначенная для исследования процессов передвижения грузоподъемных кранов мостового типа составлена на основании принятых допущений подтвержденных теоретическими и экспериментальными данными и учитывает затухание колебаний металлоконструкции, а при задании движущей силы учитываются основные параметры механизма передвижения.

¡1

О

Хи

Хк

Си

Р ч

т м

к;

Рисунок 2 - Трехмассовая расчетная схема мостового крана

Тогда, движение представленной на рисунке 2 расчетной схемы описывается следующей системой уравнений:

мк-хк+Кгв- ^с, -х]1^ + С^-(хк-хи)-Р]+Р1Г = 0;

тг-хг-С[-(хи-хг)=0; О)

где дополнительно вводятся в расчет силы:

-х„>, (2)

$к=С'к-(хи-хг). (3)

где приняты следующие обозначения:

т,п - приведенная к поступательному перемещению крана масса вращающихся частей привода, (кг); т'к - приведенная к поступательному перемещению крана масса концевых частей моста, (кг); тк — ти + т'к; тм - приведенная к поступательному перемещению крана к середине пролета масса средних частей моста и грузовой тележки, (кг); тг- масса груза, (кг); Рд - движущая сила механизма передвижения, приведенная к ободу приводных ходовых колес, Н; Р„ - сила статического сопротивления передвижению крана, Н; - горизонтальная инерционная нагрузка на металлоконструкцию крана; горизонтальная составляющая натяжения грузовых канатов; с[( - коэффициент жесткости металлоконструкции крана в горизонтальной плоскости, Н/м; - аналог жесткости системы подвески груза на канатах, т.е. условный коэффициент жесткости грузовых канатов, Н/м; К[} -коэффициент затухания колебаний (демпфирования) металлоконструкции в горизонтальной плоскости; дг„, хк, хм, хг - пути, проходимые соответствующими массами от начала координат, м.

Принимая за начало отсчета момент включения электродвигателя механизма передвижения, заданы следующие начальные условия для решения системы (1): 1 = 0;

хк = 0; хи =0; хг = 0; хк=0; хи=0-, хг=0; Би =0; Рдшч= 5кН.

Параметрический синтез математической модели осуществлялся изменением следующих параметров: времени разгона крана, начальных значений движущей силы механизма передвижения, изменением геометрических размеров крана (пролет, база, длинна подвеса груза и его масса), радиус ходовых колес крана, передаточное отношение редуктора механизма передвижения и др.

В третьей главе выполнены теоретические и экспериментальные исследования процессов передвижения мостовых кранов.

В результате выполненных теоретических исследований переходных процессов, были определены следующие параметры: перемещение средних и концевых частей моста крана; перемещение груза; скорости и ускорения средних частей моста; скорости и ускорения концевых частей моста; горизонтальная инерционная нагрузка на металлоконструкцию крана; горизонтальная составляющая силы натяжения грузовых канатов; амплитуда отклонения грузовых канатов от вертикали.

Решение системы дифференциальных уравнений (1), описывающих движение трехмассовой динамической модели мостового крана выполнялось на ЭВМ методом Рунге-Кутта в программе МаШСАБ 14.

На рисунке 3 представлены результаты решения системы дифференциальных уравнений в виде графиков:

Рисунок 3 - Графическое представление результатов решения системы дифференциальных уравнений

Подтверждение адекватности математической модели проводилось сравнительным анализом основных параметров процесса передвижения крана. Результаты, полученные теоретическим путем в программе MathCAD 14, сравнивались с результатами машинного эксперимента с использованием 3D-модели мостового крана представленной на рис 4, реализованной в приложении COSMOS Motion программы Solid Works, которые были подтверждены экспериментальными данными H.A. Лобова.

- ¿>L4efft>® Li АлдиШ Мя

А' vdatr

1,18 Ife МО I.:? 5.04 57Б 6.« 7J» Ihe(sec)

Рисунок 4 - 3D-модель мостового крана с результатами расчета

Подготовка машинного эксперимента включала ряд этапов:

1. Создание ЗО-моделей деталей мостового крана в программе Solid Works;

2. Создание сборки мостового крана с определением взаимосвязей;

3. Задание граничных условий (ЗБ-контакта между колесами и рельсами крана с заданием материала поверхности трения, задание генератора движения на два приводных колеса, задание массы груза);

4. Запуск расчета и получение результатов (рис.4).

Пример сравнения теоретических и экспериментальных данных представлен на рис. 5. Сравнивались следующие параметры:

■ ускорения средних частей моста крана (рис.5 а.);

■ путь, пройденный концевыми балками (рис.5 б.);

■ скорость средних частей моста крана при разгоне (рис.5 в.).

хк,м

м

2,5 2 1,5 1

0,5 0

-0,5

2 4 6 1

t,C а)

2 1

.3

О 2 4 6

б)

t,C В)

Рисунок 5 - Сравнение теоретических и экспериментальных данных 1- Результаты натурного эксперимента но H.A. Лобову; 2- Результаты машинного эксперимента; 3- Результаты теоретических исследований выполненных в программе MathCAD.

Сравнение теоретических и экспериментальных данных подтвердило адекватность математической модели.

Далее предложен метод оптимизации процессов передвижения грузоподъемных кранов мостового типа, который позволяет одновременно оценивать три параметра: максимальную амплитуду отклонения грузовых канатов от вертикали Ам; динамическую нагрузку на металлоконструкцию SM, время разгона (торможения) tp. В соответствие с предлагаемым методом, в качестве целевой функции оптимизации процесса передвижения крана предложен обобщенный критерий оптимизации D.

!ехр[(1.375 + 0.19 • (tp )э'л2]+схр[- ехр(3.979 - 0.079 • S™ ]+

(4)

D = ■

+

ехр[-ехр(3.563 - 5.928 • Лтах ]

При решении задачи оптимизации процесса передвижения грузоподъемных кранов мостового типа назначены следующие ограничения: в соответствии с теоретическими и экспериментальными исследованиями принимается 2<1РЛЗГ <7; 2<гтот < 7; 0.1<4^<0.8; 10<С,<25.

В четвертой главе описываются этапы разработки методики и алгоритма автоматизации проектирования мостовых кранов с учетом анализа процессов передвижения.

Отмечается, что основными этапами проектирования являются (рис. 6): пред-проектное исследование необходимости создания грузоподъемного крана и разработка концепции, непосредственно конструирования элементов крана в целом - геометрическое проектирование, оценка технических параметров созданного объекта -аналитическое моделирование и экспериментальное исследование (это разработка математических моделей, методик и программ испытаний, идентификация аналитических и экспериментальных исследований с условиями эксплуатации) и, наконец, создание системы автоматизации проектирования крана в целом.

Рисунок 7 - Рабочее окно разработанной программы расчета и моделирования процессов передвижения

Рисунок 6 - Блок-схема построения алгоритма системы автоматизации проекгироваиия грузоподъемных кранов мостового типа

.1 Задать массу концевом балки

.2 Задать массу приводной части механизма передвижения дной стороны крана (двигатель, тормоз, редуктор, валы, ведущее колесо с буксами, муфты)

2.5 Задать приведенную к ободу массу вращающихся ; ходовых колес одной стороны крана

"Ч";;^.............................................

.6 Задать маховый момент ходового колеса

Рисунок 8 - Алгоритм работы программы

Разработанная программа (рис.7), используется для оптимального подбора динамических характеристик, т.е. собственно для проектирования динамической системы механизма передвижения мостового крана Программа создана на основе предложенной адекватной математической модели и дополнена целевой функцией (обобщенным критерием оптимизации). Алгоритм работы программы представлен на рисунке 8.

Программа для расчета и моделирования процессов передвижения мостовых кранов состоит из нескольких этапов, основными из которых являются: задание геометрических параметров крана; вычисление коэффициентов дифференциальных уравнений; задание движущего усилия механизма передвижения.

Имитационное моделирование является наиболее эффективным средством при решения задач проектирования механизмов передвижения кранов мостового типа. В процессе моделирования прорабатывается и рассчитывается множество различных вариантов конструкции, в more получая требуемые параметры механизмов.

Таким образом, разрабатываемая система автоматизации проектирования включает в свой состав модуль расчета и анализа динамической системы механизма передвижения мостового крана. Проектирование механизма передвижения осуществляется с целью получения оптимальных динамических характеристик механизма передвижения крана с учетом силовых и скоростных возможностей крана.

На рисунке 9 представлена структурная схема системы автоматизации проектирования грузоподъемных кранов мостового типа.

Разработанная схема позволяет создоь систему автоматизации проектирования механизмов передвижения и кранов в целом с учетом основных динамических характеристик и дает общее представление о входящих в ее состав расчетных модулей, программ и мегодшс

Рисунок 9 - Структурная схема системы автоматизации проектирования грузоподъемных кранов мостового типа

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования позволяют подтвердить адекватность предложенной математической модели и сделать выводы, которые позволяют улучшить качество проектирования, а так же выбирать рациональные режимы при эксплуатации, что позволит улучшить качество выпускаемых кранов и повысить их надежность в условиях эксплуатации;

2. Анализ вопросов автоматизации проектирования грузоподъемных кранов, показал, что использование САЦЗ-технологий в виде интегрированных САПР (САГУСАМ/САЕ) общего назначения доя проектирования деталей и механизмов крана без дополнительных компонентов и специализированных модулей недостаточно эффективно;

3. Предложенная математическая модель грузоподъемного крана мостового типа описывающая процесс передвижения, разработана на основе анализа и обобщения теоретических и экспериментальных данных. Что позволило выявить и учесть те факторы, которые оказывают наибольшее влияние на величину максимальных нагрузок на металлоконструкцию и в механизмах крана, а так же на значения скоростей, ускорений, перемещений, сред них и концевых частей крана и др.;

4. Разработана программа расчета оптимальных динамических характеристик грузоподъемного крана мостового типа при передвижении, в основу, которой положена разработанная математическая модель и обобщенный критерий оптимизации (целевая функция) процесса передвижения;

5. Разработана методика и алгоритм автоматизации проектирования механизмов передвижения грузоподъемных кранов мостового типа, позволяющие создать САПР, которая в виде отельной программы учитывает динамические характеристики крана, что позволяет осуществлять проектирование с использованием современных САЬ8-технологий и таким образом принимать обоснованные конструкторские решения.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

- в изданиях рекомендованных экспертными советами ВАК России:

1. Комерзан, Е.В. Моделирование и анализ процесса разгона механизма передвижения / О.М. Кирасиров, Е.В. Комерзан // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. - 2008. - № 4. - С. 62-66.

- в других изданиях:

2. Комерзан, EJB. Обобщенный критерий оптимизации процесса разгона мостового крана / Е.В. Комерзан, О.М. Кирасиров // Материалы 62-й научно-технической конференции СибАДИ. - Омск: Изд-во СибАДИ, 2008. - Кн. I. - С. 182-187.

3. Комерзан, Е.В. Исследование переходных процессов разгона механизма передвижения мостового крана / EJB. Комерзан // Межвузовский сборник трудов молодых ученых, аспирантов и студентов. - Омск: Изд-во СибАДИ, 2008.-Вып. 5.-Ч. 1.С. 147-152.

4. Комерзан, Е.В. Влияние электропривода крановых механизмов на динамические характеристики подъемно-транспортного оборудования / АЛ. Ахтулов, О.М. Кирасиров, Е.В. Комерзан // Строительные и дорожные машины. - 2008. - № 11. - С. 20-27.

5. Комерзан, Е.В. Анализ и исследование динамических систем грузоподъемных кранов методом компьютерного моделирования / A JT. Ахтулов, О.М. Кирасиров, Е.В. Комерзан // Омский научный вестник. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2008. - № 2 (68). - С. 57-61.

6. Комерзан, Е.В. Теоретическое исследование и моделирование процесса разгона грузоподъемного крана мостового типа / АЛ. Ахтулов, ОМ. Кирасиров, Е.В. Комерзан // Омский научный вестник. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2008. - № 1 (64). - С. 59-63.

7. Комерзан, Е.В. Анализ состояния исследований в области динамики грузоподъемных кранов / АЛ. Ахтулов, О.М. Кирасиров, ЕВ. Комерзан // Динамика систем, механизмов и машин: Материалы 6 Международной научно-технической конференции, посвященной 65-летию ОмГТУ. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007. С. 100-103.

8. Комерзан, Е.В. Повышение эффективности и экономичности при работе грузоподъемных кранов путем оптимизации процессов передвижения / АЛ. Ахтулов, О.М. Кирасиров, EJB. Комерзан // Машины, технологии и процессы в строительстве: Труды Международного конгресса, посвященного 45 - летию факультета «Транспортные и технологические машины». - Омск: Изд-во СибАДИ, 2007. - Вьш.З. С. 131 -139.

9. Комерзан, ЕВ. Алгоритм параметрической идентификации динамической системы / АЛ. Ахтулов, Е.В. Комерзан, О.М. Кирасиров // Проблемы динамики и прочности исполнительных механизмов и машин / III научная конференция, 10-16 сентября 2007: тезисы докладов. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2007. С. 110-111.

10. Комерзан, Е.В. Исследование динамических характеристик грузоподъемных кранов после ремонта / АЛ. Ахтулов, О.М. Кирасиров, ЕВ. Комерзан // Проблемы динамики и прочности исполнительных механизмов и машин / 1П научная конференция, 10-16 сентября 2007: тезисы докладов. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2007. С. 108-110.

11. Комерзан, Е.В. Надежность грузоподъемных кранов общего назначения / О.М. Кирасиров, Е.В. Комерзан, ДА. Воробьев // Управление качеством образования продукции и окружающей среды: Материалы 2-й Всероссийской научно-практической конференции 5-6 июля 2007 - Бийск: Изд-во АягГТУ, 2007. С. 236-238.

Подписано к печати 07.05.2009. Формат 60x90 1/16. Бумага офсетная. Отпечатано на дупликаторе.

Гарнитура Тайме Усл. п.л. 0,98; уч.-изд. л. 0,94. Тираж 100 экз. Заказ № 143.

Отпечатано в ПО УМУ СибАДИ 644080, г.Омск, пр. Мира, 5

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ КРАНОВ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ. Л 3 1Л Характеристика объекта исследования.

1.2 Обзор существующих приводов механизмов передвижения грузоподъемных кранов мостового типа

1.3 Анализ применения и свойства крановых асинхронных электродвигателей.

1.4 Обзор основных направлений исследования решения задач динамики грузоподъемных кранов мостового типа.

1.5 Этапы построения системы автоматизации проектирования крана.

1.6 Актуальность применения систем автоматизации проектирования в краностроении.

1.7 Выводы по обзору и постановка задач исследования.

2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ГРУЗОПОДЪЕМНОГО КРАНА МОСТОВОГО ТИПА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ.

2.1 Обоснование расчетной схемы, основные допущения и положения принятые в работе.

2.2 Динамическая модель крана с распределенной массой пролетного строения.

2.3 Динамическая и математическая модель мостового крана для исследования процессов передвижения.

2.4 Методика расчета коэффициентов дифференциальных уравнений движения. .61 Выводы по 2 главе.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ КРАНОВ МОСТОВОГО ТИПА.

3.1 Теоретическое исследование и анализ процессов передвижения мостового крана.

3.2 Механические характеристики асинхронного кранового электродвигателя.

3.3 Методика экспериментальных исследований.

3.4 Сравнение теоретических и экспериментальных данных.

3.5 Обобщенный критерий оптимизации процесса разгона мостового крана.

Выводы по 3 главе.

4. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ И МЕТОДИКИ СОЗДАНИЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МЕХАНИЗМОВ

ПЕРЕДВИЖЕНИЯ МОСТОВЫХ КРАНОВ.

4.1 Описание грузоподъемного крана как объекта проектирования.

4.2 Анализ основных характеристик, исследуемых в процессе проектирования механизмов передвижения мостового крана.

4.3 Разработка алгоритмов и средств автоматизации проектирования механизмов передвижения мостовых кранов.

4.4 Методика проектирования механизмов передвижения мостовых кранов.

4.5 Описание этапов работы программы моделирования при автоматизации процессов передвижения мостовых кранов.

Выводы по 4 главе.

ОБЩИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ВЫВОДЫ.

В Российской Федерации эксплуатируется около 130 тыс. общепромышленных мостовых и специальных мостовых кранов. Однако в связи с тем, что темпы обновления подъемно-транспортного оборудования в последние годы находились на крайне низком уровне, значительная часть парка грузоподъемных кранов выработала свой ресурс и требует замены, капитального ремонта или модернизации.

Мостовые краны по современным понятиям нельзя относить к наиболее прогрессивным средствам механизации погрузо-разгрузочных, сборочных и монтажных работ. Как и большинство других кранов, они плохо приспособлены для работы в автоматическом цикле. Тем не менее, мостовые краны продолжают оставаться основным видом подъемно-транспортного оборудования на предприятиях тяжелого машиностроения; строительных материалов, черной металлургии, электростанциях и других многочисленных объектах.

Несмотря на то, что конструкции мостовых кранов совершенствовались многие годы, в настоящее время имеют место многочисленные преждевременные отказы крановой системы. Кроме эксплутационных и технологических причин отказов (не-регламентируемое обслуживание, нарушение правил эксплуатации и.т.п.) причинами могут служить конструктивные несовершенства крановых узлов и последствия применявшихся к ним методов расчета.

К наиболее характерным причинам и последствиям ранних отказов относятся: усталостные разрушения концевых балок, разрушение тихоходных валов механизмов передвижения, расшатывание и изнашивание колеи рельсового пути, сход колес с рельсов и некоторые другие.

Научному обоснованию способов решения задач прочности и надежности крановых металлоконструкций посвящены работы исследователей М.М. Гохберга, Н.И. Григорьева, Б.С. Ковальского, М.С. Комарова. Работы авторов И.М. Бузуна, А.С. Городецкого, Л.Ф. Москвичевой, В.Г. Пискунова посвящены расчету и анализу несущей способности металлоконструкций с использованием автоматизированных систем расчета. На стадии проектирования конечно-элементные расчеты выполняются для следующих конструкций и узлов: рамы тележки крана, опорного узла концевой балки мостового крана и др.

Анализируя тенденции развития современного краностроения следует отметить, что происходит постоянное усовершенствование и модернизация конструкции кранов, механизмов, а так же приборов безопасности отвечающим современным мировым требованиям.

Требования по минимальным затратам, быстрой окупаемости и срокам разработки грузоподъемных кранов ставят задачу создания машин обладающих следующим свойствами: унификация кранового оборудования, модульная структура крана. Это позволяет сокращать время разработки и максимально учитывать требования заказчиков.

Конструкции грузоподъемных кранов постоянно совершенствуются и развиваются. Основными направлениями развития являются:

- совершенствование норм и методов расчета кранов;

- создание энергосберегающих систем с широким диапазоном регулирования рабочих скоростей независимо от нагрузки.

Дальнейшее развитие грузоподъемных кранов связано с повышением их грузоподъемности, повышением рабочих скоростей перемещения крюковой подвески с порожним крюком и малыми грузами, совершенствованием механизмов, приборов безопасности, применением новых материалов.

Повышение производительности кранов приводит к росту динамических нагрузок, увеличению динамических ошибок в законах движения рабочих органов и тем самым вызывает необходимость проведения всестороннего динамического анализа машины на стадии ее проектирования. Таким образом, в последнее время значительно возрос интерес к использованию систем автоматизации проектирования, конструирования и технологической подготовки производства. Это вызвано, прежде всего, необходимостью обеспечения высоких эксплутационных характеристик кранов-при одновременном сокращении ресурсов необходимых для их серийного производства и эксплуатации, при повышении степени обоснованности принимаемых технических решений, особенно на ранних стадиях проектирования, что реально осуществимо лишь на основе сквозной автоматизации проектно-конструкторских и технологических работ.

Анализ показывает, что основными тенденциями и направлениями развития и совершенствования-грузоподъемных кранов за рубежом является:

- использование высокопрочных материалов металлических конструкций;

- продление срока службы кранов путем реконструкции и модернизации;

- частотное регулирование скоростей механизмов совместно с коробкой передач;

- оснащение кранов различным навесным оборудованием;

- оснащение кранов особенно работающих на складах промышленности строительных материалов оборудованием, позволяющим кранам работать в автоматическом режиме.

Большинство исследований посвящено разработке дополнительных функциональных возможностей- кранов, использование устройств стабилизации горизонтального перемещения грузов. Применяются специальные устройства, обеспечивающие необходимые-параметры перемещения груза в горизонтальной'плоскости в. автоматическом режиме. Решению этой задачи в настоящее время посвящены работы отечественных и зарубежных исследователей, таких как JI.B. Мельникова, А.Г. Теплякова, Н.М. Omara, А.Н. Nayfeh.

Значительное количество работ иностранных исследователей посвящено-выбору оптимальных параметров механизмов передвижения крана. Чтобы разгон происходил плавно и не вызывал проблем у операторов грузоподъемного оборудования, в перечень функциональных особенностей кранов дополнительно включается и возможность применения системы среднеустановленного разгона - торможения. Этому вопросу посвящены работы F. Sedlmayer, Z.Lee, F.Tin-Loi и др:

Темпы обновления подъемно-транспортного оборудования в последние годы находились на крайне низком уровне, значительная часть парка грузоподъемных кранов выработала свой ресурс и требует замены, капитального ремонта или модернизации. Основными работами, направленными на модернизацию подъемно-транспортных машин являются замена устаревших крановых механизмов на современные, обеспечивающие высокую плавность пуска, регулирование скоростей в широких пределах. В настоящее время задача получения высокой плавности регулирования достигается путем совершенствования программ микроконтроллеров аппаратов управления и оптимизацией параметров механизмов передвижения. Иными словами, повышение эффективности работы механизмов крана дает возможность максимально эффективно использовать силовые и скоростные возможности крана.

В соответствии с вышеизложенным необходимо решать задачу определения рациональных параметров механизма передвижения крана, которые обеспечивали бы реализацию идеального переходного процесса. В' свою очередь идеальный переходной процесс передвижения мостового крана характеризуется тем, что некоторые основные величины такие как: максимальная амплитуда отклонения груза; максимальная динамическая нагрузка на металлоконструкцию; интенсивные упругие колебания в приводе и металлоконструкции при работе электродвигателя на неустойчивой ветви механической характеристики; время разгона и некоторые другие принимают наиболее приемлемые значения. При проектировании механизмов передвижения-кранов, возникает задача выбора оптимальных скоростей движения крана и груза, которые обеспечивали бы максимальное быстродействие при высоком качестве переходных процессов.

Отечественные производители грузоподъемных машин в настоящее время так же заинтересованы в создание конкурентоспособных кранов с эксплутационными характеристиками, отвечающими современным требованиям экономичности, безопасности надежности и эргономичности. Это требует совершенствования их конструкций и механизмов, а так же систем защиты.и приборов безопасности.

Важно отметить такой факт, что грузоподъемные краны работают в режиме повторно-кратковременного включения механизмов, характеризующемся частыми пусками и остановками. Переходные процессы оказывают одно из решающих влияний на эксплутационные показатели работы кранов. Одним из важных направлений при изучении данного вопроса может быть оптимизация переходных процессов передвижения мостовых кранов, которая ■ позволяет повышать их производительность и долговечность, уменьшать утомляемость при работе крановщиков, а так же увеличивать безопасность при эксплуатации. Исследование переходных режимов работы крана с целью определения закономерностей возникновения динамических нагрузок и улучшения эксплутационных характеристик машин путем оптимизации переходных процессов, а так же создание устройств, формирующих рациональные механические характеристики, которые необходимы для обеспечения конкурентоспособности отечественных машин на мировом рынке.

Изучение научных публикаций по динамике грузоподъемных кранов показывает огромный интерес ученых к исследованиям, связанных с точным определением и улучшением параметров переходных процессов грузоподъемных кранов, что подтверждает актуальность выбранного научного направления. Эти вопросы отражены в работах М.М. Гохберга, С.А. Казака, М.С. Комарова, Н.А. Лобова. В настоящее время пока не получили широкого распространения исследования переходных процессов с использованием систем автоматизации проектирования.

В настоящее время использование современных устройств формирующих механические характеристики двигателя механизма передвижения предоставляет реальные возможности получать оптимальный процесс разгона и торможения кранов.' Эти системы так же позволяют выполнять точное позиционирование груза, открывают новые резервы повышения технико-эксплутационных показателей машин. Однако как следует из анализа многочисленных работ, движущая сила механизма передвижения задается либо с позиции снижения динамических нагрузок, либо из условия гашения колебаний груза. Но значительным недостатком такого подхода является то, что при этом не всегда учитывается длительность переходных процессов. И в большинстве случаев система кран-груз представляется в виде двухмассовой динамической модели (с целью применения аналитических методов расчета), что не позволяет получать требуемые параметры с учетом действительных упруго-вязких характеристик грузоподъемной машины.

Опыт создания грузоподъемных машин показывает, что для современного проведения конструкторских испытаний, получения достаточного объема достоверной информации, сведения риска и связанных с ним затрат к минимуму целесообразно, в первую очередь, разрабатывать отдельные элементы и детали крана и испытывать их с помощью средств компьютерного моделирования.

Компьютерное моделирование различных физических процессов при функционировании сложных механизмов и машин (в частности, пространственной кинематики и динамики исполнительных и рабочих органов) является важным элементом формирования оптимальных проектных решений конструкций в системах их автоматизированного проектирования.

Вопросы автоматизированного проектирования грузоподъемных кранов рассматривались в работах И.И. Абрамовича, О.В. Григорова, Н.М. Капустина, С.А. Казака, Н.А. Лобова, А.О. Спиваковского и др.

Таким образом, в последнее время значительно возрос интерес к использованию автоматизированных систем проектирования, конструирования и технологической подготовки производства. Это вызвано, прежде всего, необходимостью обеспечивать качественный рост свойств и характеристик разработок при одновременном сокращении ресурсов необходимых для их серийного производства и эксплуатации. Для достижения этих целей необходимо повышать степень обоснованности принимаемых технических решений, особенно на ранних стадиях проектирования, когда цена ошибок велика, проводить тщательную всестороннюю обработку всех элементов конструкции, что реально осуществить лишь на основе сквозной автоматизации проектно-конструкторских и технологических работ.

Изучение данного вопроса выявило тот факт, что часть теоретических вопросов исследования кранов требует дальнейшего развития. Так исследование динамических характеристик грузоподъемных кранов в период разгона позволит установить влияние различных факторов на переходные процессы и, следовательно, осуществлять рациональное проектирование, а так же рассчитывать критерий оптимизации переходных процессов - т.е. определять оптимальные характеристики. Особую актуальность приобретают вопросы разработки систем автоматизации проектирования крановых механизмов и научно обоснованных инженерных методик для исследования эксплутационных характеристик кранов.

Целью работы является повышение эффективности функционирования системы автоматизации проектирования мостового крана на основе разработанного алгоритма учета динамических характеристик, что позволяет совершенствовать процесс проектирования основных механизмов и крана в целом.

Анализ состояния научной проблемы и сформулированная цель определили основные, наиболее важные задачи исследований:

1) Провести теоретические и экспериментальные исследования процесса передвижения для определения основных динамических характеристик (перемещений, скоростей, ускорений крана и груза).

2) Разработать новую математическую модель, учитывающую динамические характеристики механизма передвижения и исследовать существующие математические модели процесса передвижения крана мостового типа и методики для определения максимальных динамических нагрузок действующих на мост крана в горизонтальной плоскости и на грузовые канаты.

3) Выполнить анализ работы крана при передвижении с использованием математической модели с целью оценки влияния различных факторов на динамические характеристики, и решить задачу оптимизации переходных процессов.

4) Разработать методику автоматизации проектирования механизмов передвижения мостового крана с учетом динамических характеристик крана.

5) Для автоматизации процесса проектирования механизма передвижения и крана в целом разработать алгоритм, позволяющий создать САПР, которая в виде отельной программы позволит учитывать динамические характеристики крана при проектировании.

Поставленные задачи призваны выполнять и создавать условия, которые на стадии разработки, проектирования и при эксплуатации грузоподъемных кранов, снижая динамические нагрузки, возникающие при работе крана, будут способствовать увеличению срока службы грузоподъемного крана, повышению его надежности и безопасности.

Таким образом, рассматриваемый подход в части оптимизации переходных режимов работы грузоподъемных машин ориентирован на применение новых конструкций и механизмов передвижения грузоподъемных кранов.

Объект исследования: механизм передвижения мостового крана. Предмет исследования: основные динамические характеристики грузоподъемного крана при передвижении.

Научная новизна работы заключается:

1) В предложенной математической модели сложной динамической системы крана для исследования переходных процессов передвижения, которая позволяет анализировать различные конструкторские решения и учитывает динамические характеристики механизма передвижения, т.е. начальную движущую силу механизма передвижения, движение груза в горизонтальной плоскости и влияние этих параметров на величину максимальных динамических нагрузок которые сохраняются в базе данных и могут быть использованы на любом этапе проектирования крана, в том числе и при расчетах кранов на прочность и устойчивость.

2) В выявленных закономерностях и установлении для мостовых кранов оптимального соотношения динамических характеристик: перемещений, скоростей, ускорений крана и груза, а так же времени разгона, максимальных динамических нагрузок действующих на металлоконструкцию моста крана при передвижении.

3) В разработке методики и алгоритма автоматизации проектирования механизмов передвижения грузоподъемных кранов мостового типа с учетом динамических характеристик, отличающиеся тем, что позволяют дополнительно интегрировать в САПР крана разработанные программы для решения задач синтеза и анализа проектных решений мостового крана, которые отличаются от комплексных CAD/CAE систем меньшей трудоемкостью освоения конструктором и простым интерфейсом, что позволяет значительно сократить время проектирования.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1) Разработанный алгоритм и программа расчета оптимальных динамических характеристик позволяет автоматизировать процесс расчета и в результате получать такие параметры механизма передвижения и крана, которые являются исходными данными для обоснованного выбора рабочего оборудования механизма передвижения, т.е. для проектирования кранов мостового типа.

2) Разработанная инженерная методика расчета оптимальных динамических характеристик грузоподъемных кранов мостового типа и полученные выводы и рекомендации позволяют улучшать качество проектирования.

3) Разработана ЗБ-модель в программе Solid Works приложения Cosmos Motion, которая состоит из 1200 деталей, позволяет проводить машинный эксперимент. На защиту выносятся:

1) Методика и алгоритм автоматизации проектирования механизмов передвижения грузоподъемных кранов мостового типа.

2) Математическая модель грузоподъемного крана мостового типа для исследования процессов передвижения, и разработанная на ее базе программа расчета оптимальных динамических характеристик.

3) Методика расчета оптимальных динамических характеристик (перемещений, скоростей, ускорений крана) и максимальных динамических нагрузок действующих на металлоконструкцию и грузовые канаты крана при передвижении.

Основные положения работы докладывались и получили одобрение на 6-ой Международной научно-технической конференции посвященной 65-летию ОмГТУ «Динамика систем, механизмов и машин» (Омск, ОмГТУ, 2007 г.); на 2-ой Всероссийской научнот практической конференции «Управление качеством образования, продукции и окружающей среды» (Бийск, БТИ АлтГТУ, 2007 г.); на Ш Международной научной конференции «Проблемы динамики и прочности исполнительных механизмов и машин» (Астрахань, 2007 г.); на Международном конгрессе, посвященном 45-летию факультета «Транспортные и технологические машины» (Омск, СИБАДИ, 2007 г.).

Выводы по 4 главе

1. В соответствии с методом блочно модульного проектирования рассмотрен подход к проектированию кранов, который рассматривает процесс проектирования не изолированным, а неразрывно связанным с созданием крана в целом, что в итоге позволяет использовать уточненные исходные данные для проектирования любой детали и механизма крана, что позволяет повышать степень обоснованности конструкторских решений.

2. Определены основные факторы, которые следует учитывать при разработке системы автоматизации проектирования механизма передвижения грузоподъемных кранов мостового типа, к которым относятся движущая сила механизма передвижения, движение груза в горизонтальной плоскости.

3. Предложены алгоритмы, позволяющие на основе динамического анализа создать систему автоматизации проектирования механизмов передвижения и мостовых кранов в целом;

4. Предложена методика выбора основных компонентов и оборудования для механизмов передвижения мостового крана;

5. Разработана программа, предназначенная для моделирования процессов передвижения и расчета оптимальных динамических характеристик мостовых кранов, которая интегрирована в САПР крана.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования позволяют подтвердить адекватность предложенной математической модели и сделать выводы, которые позволяют улучшить качество проектирования, а так же выбирать рациональные режимы при эксплуатации, что позволит улучшить качество выпускаемых кранов и повысить их надежность в условиях эксплуатации;

2. Анализ вопросов автоматизации проектирования грузоподъемных кранов, показал, что использование CALS-технологий в виде интегрированных САПР (CAD/CAM/CAE) общего назначения для проектирования деталей и механизмов крана без дополнительных компонентов и специализированных модулей недостаточно эффективно;

3. Предложенная математическая модель грузоподъемного крана мостового типа описывающая процесс передвижения, разработана на основе анализа и обобщения теоретических и экспериментальных данных. Что позволило выявить и учесть те факторы, которые оказывают наибольшее влияние на величину максимальных нагрузок на металлоконструкцию и в механизмах крана, а так же на значения скоростей, ускорений, перемещений, средних и концевых частей крана и др.;

4. Разработана программа расчета оптимальных динамических характеристик грузоподъемного крана мостового типа при передвижении, в основу, которой положена разработанная математическая модель и обобщенный критерий оптимизации (целевая функция) процесса передвижения;

5. Разработана методика и алгоритм автоматизации проектирования механизмов передвижения грузоподъемных кранов мостового типа, позволяющие создать САПР, которая в виде отельной программы учитывает динамические характеристики крана, что позволяет осуществлять проектирование с использованием современных CALS-технологий и таким образом принимать обоснованные конструкторские решения.

1. Адлер Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий Текст. / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский. 2-е изд. М.: Наука, 1986.-279 с.- 8500 экз.

2. Алямовский А.А. Solid Works. Компьютерное моделирование в инженерной практике Текст. / А.А. Алямовский, А.А. Собачкин, Е.В. Одинцов. СПб.: БВХ - Петербург, 2006. - 800 с. - 3000 экз. - ISBN 5-94157-558-0.

3. Андрейчиков А.В. Компьютерная поддержка изобретательства (методы, системы, примеры применения) Текст. / А.В. Андрейчиков, О.Н. Андрейчикова. — М.: Машиностроение, 1998. 476 с. - 3000 экз.

4. Ахтулов А.Л. Разработка экспериментально-расчетного метода определения параметров интенсивности режимов нагружения летательных аппаратов при вибрационных стендовых испытаниях Текст.: дисс. канд. техн. наук. — Омск, 1991.-258 с.

5. Берлигер Э. Актуальность применения САПР в машиностроении Текст. / Э. Берлигер // САПР и графика. 2000. - № 9. - С. 111-112. - 8000 экз. - ISSN 1560-4640.

6. Борисов Ю.М. Электрооборудование подъемно-транспортных машин Текст. / Ю.М. Борисов. М.: Машиностроение, 1971. - 375 с. - 4000 экз.

7. Вешневский С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе Текст. / С.Н. Вешневский. М:: Энергия, 1977. - 432 с. - 5000 экз.

8. Вейц B.JI. Динамика машинных агрегатов с самотормозящими передачами Текст. / B.JI. Вейц. Д.: Политехника, 1989. - 180 с. - 1000 экз.

9. Вершинский А.В. Расчет крановых металлоконструкций методом конечных элементов Текст. / А.В. Вершинский, А.А. Берадзе // Расчет и конструирование подъемно-транспортных средств. Тула: ТулПИ, 1988. - С. 5-12.

10. Вопросы теории и расчета подъемно-транспортных машин Текст.: Сб. /ЛОНИ-ТОМАШПРОМ, кн. 43 Л.: Машгиз, 1987. - 213 с.

11. Гаврилов М.А. Интегрированные системы. Современные тенденции в развитии систем автоматизированного проектирования Текст. / М.А. Гаврилов // Приборы и системы управления. — 1979. — № 1. — С. 3-8.

12. Гайдамак В.Ф. Новые пусковые и тормозные устройства грузоподъемных машин Текст. / В.Ф. Гайдамак. Харьков: Вища школа, 1975. — 103 с. — 1000 экз.

13. Гайдамак В.Ф* Работа грузоподъемных машин при бесступенчатом торможении Текст. / В.Ф. Гайдамак. Харьков: Вища школа., Изд-во при Харьковском ун-те, 1988. - 141 с. - 1400 экз. - ISBN 5-11-000678-4.

14. Герасимяк Р.П. Динамика асинхронных электроприводов крановых механизмов Текст. / Р.П. Герасимяк. — М.: Энергоатомиздат, 1986. — 168 с. — 3440 экз.

15. Гольдман П.Б. Горизонтальная жесткость моста крана Текст. / П.Б. Гольдман // Вестник машиностроения. 1985. - № 7. - С. 28-29. - ISSN 0042-4633.

16. Гохберг М.М. Металлические конструкции подъемно транспортных машин Текст. / М.М. Гохберг. 3-е изд. перераб. и доп. Л.: Машиностроение, 1976. -456 с. - 5000 экз.

17. Григоров О.В. Исследование и оптимизация переходных процессов в механизме передвижения мостового крана с гидроприводом Текст. / О.В. Григоров,f В.А. Коваленко // Известия вузов. Машиностроение. 1980. - № 6. - С. 87-90.

18. Григоров О.В Разработка САПР мостового крана Текст. / О.В. Григоров, О.А. Лавинский // "Micro CAD System'93" тезисы доклада межд. н-т конф. - Харь-ков-Мишкольц, 1993. - С. 3-5.

19. Грузоподъемные машины Текст. / М.П. Александров, JI.H. Колобов, Н.А. Лобов и др. М.: Машиностроение, 1989. - 399 с. - 70000 экз.

20. Давыдов Б.Л. Статика и динамика машин Текст. / Б.Л. Давыдов, Б.А. Скородумов. М.: Машиностроение, 1967. - 431 с.

21. Динамика управляемых машинных агрегатов Текст. / В.Л. Вейц, М.З. Колов-ский, А.Е. Кочура и др. М.: Наука, 1984. - 352 с. - 2900 экз.

22. Забалуев И. Новая жизнь старых изделий: модернизировать стало легче / И. За-балуев, А. Алехин, С. Розинский // CAD master. 2008. - № 42. - С. 38-40.

23. Зыков А. А. Основы теории графов Текст. / А.А. Зыков. М.: Наука, 1987. -664 с.-380 е. - 13000 экз.

24. Егоров В.Н. Динамика систем электропривода Текст. / В.Н. Егоров, В.М. Шестаков. Л.: Энергоатомиздат, 1983. - 213 с. - 6000 экз.

25. Игнатьев А.Д. Автоматизированный электропривод агрегатов непрерывного действия Текст. / А.Д. Игнатьев, В.Н. Лабарн. М.: Энергоатомиздат, 1986. — 223 с. - 3500 экз.

26. Исследование крановых механизмов и металлоконструкций Текст.: Сб. науч. тр. Всесоюзного н.и.и. проект-конструкт, ин-та подъемно-транспортного машиностроения; под общ. ред. А.С. Липатова М.: ВНИИПТМАШ., 1990. - 181 с. -450 экз.

27. Казак С.А. Динамика мостовых кранов Текст. / С.А. Казак. М.: Машиностроение, 1968. - 332 с. - 90001экз.

28. Казак С.А. Особенности разгона механизмов передвижения кранов при-гибкой подвеске груза Текст. / С.А. Казак // Вестник машиностроения. 1970. - № 11. - С. 25-28. - ISSN 0042-4633.

29. Ключев В.И. Ограничение динамических нагрузок электропривода Текст. / В .И. Ключев. М.: Энергия, 1981. - 275 с. - 10000 экз.

30. Ключев В.И. Электропривод и автоматизация*общепромышленных механизмов Текст. / В.И. Ключев, В.М. Терехов. М.: Энергия, 1980. - 360 с. - 4000 экз.

31. Ковальский Б.С. Грузоподъемные машины. Передвижение кранов Текст. / Б.С. Ковальский. Харьков: ХВКИУ, 1963. - 167 с. - 1500 экз.

32. Кокшаров И.И; Сравнительный анализ несущей способности узлов; металло- . конструкций с использованием автоматизированной системы расчета на прочность, трещиностойкость Текст. / И.И. Кокшаров, А.Е. Буров // Проблемы прочности. 1994. - № 4. - С. 84-88.

33. Комаров М.С. Динамика механизмов и машин Текст. / М.С. Комаров. М.: Машиностроение, 1971. - 296 с. - 5000 экз.

34. Комерзан Е.В. Моделирование и анализ процесса разгона механизма передвижения Текст. / О.М. Кирасиров, Е.В. Комерзан // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. 2008. - № 4(26). - С. 62-66. - 150 экз.-ISSN 1995-4565.

35. Комерзан Е.В. Обобщенный критерий оптимизации процесса разгона мостового крана Текст. / Е.В. Комерзан, О.М. Кирасиров // Материалы 62-й научно-технической конференции СибАДИ. Омск: Изд-во СибАДИ, 2008. - Кн. 1. - С. 182-187.-100 экз.

36. Колебания машин с механизмами циклового действия Текст. / И.И. Вульфсон и др. Л.: Машиностроение, 1990. - 309 с. - 2800 экз. - ISBN 5-217-00955-1 (в пер).

37. Коловский М.З. Динамика машин Текст. / М.З. Коловский. — Л.: Машиностроение, 1989. 264 с. - 4600 экз. - ISBN 5-217-00599-8 (в пер).

38. Коловский М.З. Механика машин Текст. / М.З. Коловский, И.И. Вульфсон, М.Л. Ерохов. М.: Высшая школа, 1996. - 511 с. - 6000 экз. - ISBN 5-06002373-7 (в пер).

39. Корытов М. С. Моделирование динамической системы автокрана при помощи блоков пакета «SimMechanics» системы MATLAB Текст. / М. С. Корытов, С. А. Зырянова // Омский научный вестник. 2004. - № 4(29). - С. 88-90. - 1000 экз.-ISSN 1813-8225.

40. Кошарич Л. Опыт использования системы АРМ Win Machine при проектировании кранов в ООО «НИИБК» Текст. / Л. Кошарич // САПР и графика. 2006. - № 4. - С. 38-43. - ISSN 1560-4640.

41. Крановые механизмы и металлоконструкции. Сборник научных трудов Текст. / М.П. Александров, Н.А. Лобов и др. М.: ВНИИПТМАШ, 1984. - 245 с. - 500 экз.

42. Куклева Л.Н. Исследование крановых механизмов и металлоконструкций. Статический расчет стальных конструкций козловых кранов с использованием ЭВМ Текст. / Л.Н. Куклева, В.П. Крыжановский, М.А. Микитаренко. М.: ВНИИПТМАШ, 1983. - 305 с. - 450 экз.

43. Лобов Н.А. Динамика грузоподъемных кранов Текст. / Н.А. Лобов, М.П. Александров, И.И. Абрамович. М.: Машиностроение, 1987. - 160 с. - 8000 экз.

44. Лобов Н.А. Динамика передвижения кранов по рельсовому пути Текст. / Н.А. Лобов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. - 232 с. - 1000 экз. - ISBN 5-7038-1970-9.

45. Лобов Н.А. Динамические нагрузки металлоконструкций мостового крана с гибким подвесом груза при пуске и торможении Текст. / Н.А. Лобов // Известие вузов. Машиностроение. 1978. - № 8. - С. 105-110.

46. Лобов Н.А. Расчет динамических нагрузок мостового крана при его передвижении Текст. / Н.А. Лобов // Вестник машиностроения. 1976. - № 1. - С. 44-48.-ISSN 0042-4633.

47. Лобов Н.А. Экспериментальное определение динамических нагрузок мостовых кранов при пуске и торможении Текст. / Н.А. Лобов // Известия вузов. Машиностроение. 1976. - № 12. - С. 104-108.

48. Мелентьев Ю.И. Исследование динамики крана с асинхронным двигателем Текст. / Ю.И. Мелентьев, A.M. Кабаков, В.А. Костюченко // Известия вузов. Горный журнал. 1979. - №1. - С. 165-168.

49. Москвичева Л.Ф. Несущая способность элементов металлоконструкции мостовых кранов при статическом и циклическом нагружениях Текст.: автореф. дис. . к-та техн.наук / Л.Ф. Москвичева. Красноярск, 2002. - 19 с.

50. Новик Ф.С. Оптимизация процессов методами планирования экспериментов Текст. / Ф.С. Новик, Я.Б. Арсов. М.: Машиностроение, 1980. - 304 с. - 5500 экз.

51. Норенков И.П. Введение в автоматизированное проектирование технических устройств и систем Текст. / И.П. Норенков. М.: Высшая школа, 1980. - 311 с. - 10000 экз.

52. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования Текст. / И.П. Норенков. 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. 448 с. - 2000 экз. - ISBN 5-7038-2892-9.

53. Один И.И. К расчету крановых мостов на горизонтальные нагрузки Текст. / И.И. Один // Вестник машиностроения. 1974. - №11. - С. 75-81. - ISSN 00424633.

54. Один И.М. Инженерные задачи расчета крановых металлоконструкций Текст. / И.М. Один. М.: Машиностроение, 1972. - 119 с. - 10500 экз.

55. Орлов А.Н., Флюгель Ф. Обобщенная математическая модель мостовых кранов Текст. // Тр. СПбГУ. «Динамика, прочность и надежность технологических машин». СПб., 1998. - № 478. - С. 3-8.

56. Основы динамики промышленных роботов Текст. / М.З. Коловский, А.В. Сло-ущ, и др. -М.: Наука, 1988. 240 с. - 5500 экз. - ISBN 5-02-013893-2 (в пер.)

57. Очков В.Ф. MathCAD 14 для студентов, инженеров и конструкторов Текст. / В.Ф. Очков. СПб.: БХВ-Петербург, 2007. - 368 с. - 2000 экз. - ISBN 978-59775-0129-3.

58. Пановко Я.Г. Основы прикладной теории колебаний и удара Текст. / Я.Г. Па-новко. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Политехника, 1990. - 272 с. - 3800 экз. -ISBN 5-7325-0096-0 (в пер.)

59. Перельмутер М.М. Устранение колебаний груза, подвешенного к крановой тележке, воздействием на ее электропривод Текст. / М.М. Перельмутер, Л.Н. Поляков // Известия Вузов. Электромеханика. 1981. - № 7 . - С. 159-174.

60. Поссе К. Проектирование и расчет металлоконструкций козловых кранов с применением комплекса программ АРМ WinMachine Текст./ К. Поссе, JI. Морозов // САПР и графика. 2003. - № 4. - С 32-38. - 8000 экз. - ISSN 1560-4640.

61. Поссе К. Сравнительный анализ традиционных и современных технологий расчета сложных металлоконструкций на примере проектирования козлового крана Текст. / К. Поссе, Л. Морозов // САПР и графика. 2005. - № 12. - С. 2529. - 8000 экз. - ISSN 1560-4640.

62. Расчет крановых конструкций методом конечных элементов Текст. / В.Г. Пискунов, И.М. Бузун, А.С.Городецкий и др. М.: Машиностроение, 1991. - 240 с. -3900 экз. - ISBN 5-217-00872-5.

63. Реброва И.А. Определение положения рабочего органа строительного манипулятора Текст. / И.А. Реброва // Межвузовский сборник трудов студентов, аспирантов и молодых ученых. Омск: СибАДИ, 2005. - Вып. 2. ч.1. - С. 36-39. -100 экз. - ISBN 5-93204-206-0.

64. Розенброк X., Стори С. Вычислительные методы для инженеров-химиков / Пер. с англ. Б.М. Авдеева и др. М. Мир, 1986. 443 с. - 1000 экз.

65. Сегаль Д.И. Расчет кранов и крановых механизмов Текст. / Д.И Сегаль, Н.А.Лобов, Н.И Григорьев и др. М.: ВНИИПТМАШ, 1990. - 280 с.

66. Соболев В.М. Горизонтальные нагрузки при свободном движении мостового крана в период пуска Текст. / В.М. Соболев // Вестник машиностроения. 1975.- № 10. С. 21-24. - ISSN 0042-4633.

67. Совершенствование гусеничных грузоподъемных кранов Текст. / По материалам зарубежной информации // Строительные и дорожные машины. 2007. -№5. - С. 29-35. - ISSN 0039-2391.

68. Соколов С.А. Металлические конструкции подъемно-транспортных машин Текст. / С.А. Соколов. СПб.: Политехника, 2005. - 423 с. - 2000 экз. - ISBN 5-7325-0858-9.

69. Сорокин П.А. Способ автоматизированной диагностики металлоконструкций кранов Текст. / П.А.Сорокин // Автоматизация и современные технологии. -2001. №1. - С. 15-20. - ISSN 0869-4931.

70. Столяров В. Опыт внедрения системы САПР Solid Works в отечественном кра-ностроении Текст. / В. Столяров // САПР и графика. 2000. - № 10. - С. 10-15.- 8000 экз. ISSN 1560-4640.

71. СТО 24.09-5821-01-93. Краны грузоподъемные. Нормы и методы расчета элементов стальных конструкций: Стандарт ВНИИПТМАШ Подъемтранстехни-ка. - 135 с.

72. Тайц В.Г. Безопасная эксплуатация грузоподъемных машин Текст. / В.Г.Тайц. М.: Академкнига, 2005. - 383 с. - 2000 экз. - ISBN 5-94628-163-1 (в пер.)

73. Ильинский Н.Ф. Основы электропривода Текст. / Н.Ф. Ильинский. М.: МЭИ, 2007.-457 с.

74. Ушаков Н.С. Мостовые электрические краны Текст. / Н.С.Ушаков. Д.: Машиностроение, 1988. - 352 с. - 10000 экз. - ISBN 5-217-00284-0 (в пер.)

75. Филиппов А.П. Колебания деформируемых систем Текст. / А.П. Филиппов. -М.: Машиностроение, 1970. 734 с. - 5000 экз.

76. Чиликин М.Г. Теория автоматизированного электропривода Текст. / М.Г. Чи-ликин, В.И. Ключев, А.С. Сандлер. М.: Энергия, 1979. - 616 с. - 10000 экз.

77. Шенк X. Теория инженерного эксперимента: Пер с англ. Текст. / X. Шенк. -М.: Мир, 1972.-381 с.

78. Электроприводы с распределенными параметрами механических элементов Текст. / Л.Н. Рассудова, В.Н. Мадзель, и др. Д.: Энергоатомиздат, - 1987. -143 е.- 1700 экз.

79. Яуре А.Г. Крановый электропривод: Справочник. Те кст. / А.Г. Яуре, Е.М. Певзнер. -М.: Энергоатомиздат, 1988. 334 с. -28600 экз. - ISBN 5-283-005089 (в пер.)

80. Харари Ф. Теория графов Текст. / Ф. Харари. М.: Мир, 1977. - 321 с. - 2000 экз. - ISBN 5-354-00301-6.

81. F. Sedlmayer. Beschleunigungs- krafte von Fahr- und Drehwerksantrieben ihre dy-namische Wirkung auf die Tragkonstruktion der Krane. Teil 1,2// Fordern und He-ben. 1987. - 17. - S. 427-434.

82. Hower R.H. Integretet test plan 8 proc. of the Institute of environmental Scienses. — Los Angeles, 1980.-pp. 163-172.