Размещено на http://www.allbest.ru/

ТЕРНОПІЛЬСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМ. ІВАНА ПУЛЮЯ

УДК 669.013.002.5 : 531.3

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ОБҐРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ НЕСУЧИХ СИСТЕМ ПОРТАЛЬНИХ ПІДЙОМНО-ТРАНСПОРТНИХ МАШИН

ШМАТКО Дмитро Захарович

05.05.05 - Піднімально-транспортні машини

Тернопіль - 2006

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі автомобілів та автомобільного господарства Дніпродзержинського державного технічного університету Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник:кандидат технічних наук, професор

Смирнов Геннадій Федорович,

Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту ім. академіка Лазаряна, професор кафедри “Прикладна механіка”.

Офіційні опоненти:доктор технічних наук, професор

Ловейкін В'ячеслав Сергійович,

Київський національний університет будівництва і архітектури, професор кафедри “Основи професійного навчання”

кандидат технічних наук, доцент

Ухов Олександр Васильович,

Одеський національний політехнічний університет, доцент кафедри “Підйомно-транспортне і робототехнічне обладнання”.

Провідна установа:Східно-український національний університет, кафедра “Підйомно-транспортна техніка”, Міністерство освіти і науки України

Захист відбудеться “ 16 ” березня 2006 р. о 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 58.052.03 у Тернопільському державному технічному університеті ім. Івана Пулюя за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул. Руська, 56

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Тернопільського державного технічного університеті ім. Івана Пулюя за адресою: 46001, м.Тернопіль, вул.Руська, 56

Автореферат розісланий “ 6 ” лютого 2006 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради, к.т.н. Зінь М.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Сучасні поточні технологічні і автоматизовані лінії, міжцеховий і цеховий транспорт, навантажувально-розвантажувальні операції вимагають застосування різноманітних типів підйомно-транспортних машин і механізмів, котрі забезпечують безперервність і ритмічність виробничих процесів. В умовах підприємтсв різних галузей необхідні компактні, маневрені машини, котрі не вимагають великих виробничих площ. Цим вимогам задовольняють портальні машини на пневмоколісному ходу, які за своєю компоновкою пристосовані для транспортування контейнерів, піддонів, термосів та інших вантажів.

Виходячи з аналізу конструкцій підйомно-транспортних портальних машин на пневмоколісному ходу слід відмітити наступні специфічні умови їхньої експлуатації: необхідність маневрування, екстрене гальмування з вантажем на максимальній висоті підйому, рух на повороті з вантажем на максимальній висоті підйому, динамічне навантаження при фронтальному наїзді передніх коліс на дорожні перешкоди, кососиметричне подолання перешкод, рух по нерівностях на горизонтальній ділянці шляху.

Одним з основних критеріїв конструктивного вдосконалення портальних машин є їх металомісткість. Причинами великої металомісткості підйомно-транспортних машин є необхідна статична і втомлювальна міцність, котра може бути досягнута підвищенням жорсткості несучої конструкції портала. Тому для зменшення металомісткості потрібний пошук раціональних типів і форм профілів несучих елементів. Це питання може бути вирішено при проведенні аналізу пружньо-деформованого стану елементів несучих систем при русі портальних машин з вантажем.

Аналіз існуючих методів розрахунку і проектування підйомно-транспортних портальних машин на пневмоколісному ходу показав, що вони в цілому ґрунтувались на забезпеченні неповного обсягу умов експлуатації. Вирішенню задач руху по дорожнім нерівностям, кососиметричного подолання перешкод і динамічного навантаження при фронтальному наїзді передніх коліс на дорожні перешкоди, приділено незначну увагу, а звідси - збільшення власної ваги портальної машини і її габаритів. Зменшення металомісткості можна досягти за рахунок: 1) конструктивних рішень за геометричними параметрами силових елементів несучих систем; 2) зниження запасу міцності силових елементів. Це може бути забезпечено лише за умов уточнених розрахунків пружньо-деформованого стану несучих систем портальних машин.

На підставі викладеного можна охарактеризувати дану дисертаційну роботу як актуальну, спрямовану на вирішення важливої науково-технічної проблеми.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана відповідно до плану науково-дослідних робіт Дніпродзержинського державного технічного університету і є складовою частиною держбюджетної роботи №221/96-20/89 ТП “Дослідження керованості, безпеки і надійності спецавтотранспортних засобів особливо великої вантажепідйомності”, державна реєстрація № 01860039095.

Мета і задачі досліджень. Метою дисертаційної роботи є обґрунтування параметрів несучих систем підйомно-транспортних портальних машин на пневмоколісному ходу, що дозволяє вирішити задачі зменшення їх металомісткості.

Для досягнення поставленої мети у дисертаційній роботі були сформульовані наступні задачі:

- дослідження жорсткісних характеристик, котрі визначають динамічне навантаження несучої системи портальної підйомно-транспортної машини;

- аналіз впливу крутильної жорсткості на формування власних динамічних характеристик несучої системи машини;

- встановлення впливу жорсткісних характеристик елементів несучої системи машини на величини її експлуатаційних щвидкостей;

- розробка методики визначення раціональних геометричних параметрів елементів несучих систем портальних підйомно-транспортних машин з метою зниження їх металомісткості;

- розробка інженерної методики проектування несучих систем портальних підйомно-транспортних машин на пневмоколісному ходу.

Об'єкт дослідження - несуча система портальної підйомно-транспортної машини на пнемоколісному ходу.

Предмет дослідження - жорсткісні характеристики елементів портальних машин на пненвмоколісному ходу.

Методи дослідження - для досягнення поставленої мети проведено аналіз існуючих методів розрахунку і проектування підйомно-транспортних портальних машин; використані методи математичного моделювання; розроблені і використані розрахунково-аналітичні методики визначення раціональних конструктивних параметрів портальних машин з метою зменшення їх металомісткості; експериментальним методом встановлені залежності напруженого стану несучої системи від швидкості руху портальної машини для підтвердженя теоретичних положень розроблених методик проектування.

Наукова новизна отриманих результатів.

Встановлено взаємозв'язок між власними частотами бокових коливань несучої системи і типом профілів рами портальної підйомно-транспортної машини на пневмоколісному ходу. Використовування цього положення дозволяє зменшити її металомісткість на 15%.

Встановлено і обґрунтовано вплив жорсткісних характеристик елементів несучої системи на її власні частоти, що дозволяє підвищити експлуатаційну швидкість руху підйомно-транспортної машини до 20 км/год.

Встановлені геометричні параметри двотаврових профілів рами несучої системи підйомно-транспортної машини за критерієм її мінімальної крутильної жорсткості з урахуванням умов міцності при вигині.

Практичне значення отриманих результатів.

Розроблені методики проектування несучої системи підйомно-транспортної портальної машини на пневмоколісному ходу, котрі обгрунтовують використання закритих профілів для лонжеронів і відкритих профілів для поперечин рами несучої системи.

Розроблені алгоритми розрахунку і проектування елементів несучої системи підйомно-транспортної портальної машини на пневмоколісному ходу.

Адекватність розроблених математичних моделей формування зовнішніх навантажень підтверджена результатами експериментальних досліджень; відхилення експериментальних даних від теоретичних не перевищує 7 - 9%.

Результати наукових досліджень дисертаційної роботи прийняті до впровадження на ВАТ “Транспрогрес” м. Маріуполь.

Особистий внесок здобувача полягає:

у постановці задач дослідження процесу навантаження несучої системи підйомно-транспортної портальної машини;

у розробці математичної моделі збуреного руху і динамічної взаємодії при фронтальному і кососиметричному наїзді на дорожні перешкоди підйомно-транспортних портальних машин;

у розробці математичних моделей для визначення критичних швидкостей руху портальної машини з різними типами профілів лонжеронів несучої системи;

у розробці алгоритмів розрахунку і проектування елементів несучої системи підйомно-транспортної портальної машини.

В опублікованих працях, що відносяться до обгрунтування параметрів несучих систем підйомно-транспортних машин, особисто здобувачем:

розроблена методика оптимізації відкритих профілів поперечин несучих систем машин за критерієм мінімальної крутильної жорсткості;

розроблений алгоритм проектувального розрахунку на міцність статично невизначимих рам портальних машин;

проведені дослідження поперечних коливань несучої системи машини;

розроблена інженерна методика розрахунку геометричних параметрів елементів несучих систем машин;

розроблена методика вибору за динамічним критерієм типу профілів лонжеронів несучої системи машини;

проведені дослідження формування вертикальних навантажень на несучу систему машини.

Апробація результатів дисертації. Головні положення і результати досліджень дисертаційної роботи доповідались на першій і другій Всеукраїнських науково-технічних конференціях у ДДТУ (2001, 2002 рр) “Математичні проблеми технічної механіки”; засіданні науково-технічної ради ВАТ “Транспрогрес” (м. Маріуполь, 2001 р.); міжнародній науково-технічній конференції “Проблеми створення нових машин і технологій” (м. Кременчук, 2002 р.); на засіданні науково-методичної ради Міністерства освіти і науки України зі спеціальності „Підйомно-транспортні, будівельні, дорожні, меліоративні машини та обладнання” (м. Дніпродзержинськ, 2003р.); Міжнародній науково-практичній конференції „Перспективи ринку підйомних споруд в єдиному економічному просторі” (м. Одеса, 2004 р.); об'єднаному науково-технічному семінарі при кафедрі „Підйомно-транспортні машини” НТУ „Харківській політехнічний інститут” (м. Харків, 2004 р.); об'єднаному науково-технічному семінарі кафедри „Деталі машин” Національного університету „Львівська політехніка” і Львівського відділення ПТАН України (м. Львів, 2004 р.); об'єднаному науково-технічному семінарі кафедри „Прикладна механіка” Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту імені академіка В.Лазаряна і Дніпропетровського відділення ПТАН України (м. Дніпропетровськ, 2004 р.); розширеному засіданні кафедри „Підйомно-транспортне та робототехнічне обладнання” Одеського національного політехнічного університету (м. Одеса, 2004 р); науково-технічному семінарі „Технологічні процеси та конструювання машин і механізмів“ Тернопільського державного технічного університету ім. І.Пулюя (м. Тернопіль, 2005 р).

Публікації. Результати дисертації опубліковані у десяти наукових статтях у збірниках наукових праць та науково-технічних журналах.

Обсяг і структура дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, п'яти розділів, висновків і 6 додатків. Повний обсяг дисертації складає 132 сторінки, з них 45 ілюстрацій по тексту, 5 таблиць по тексту, список використаних літературних джерел з 103 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

несучий машина підйомний жорсткість

У вступі обґрунтовується актуальність розглянутої теми, сформульована мета, основні задачі дослідження і шляхи їх вирішення, викладена наукова новизна і практична цінність отриманих результатів.

У першому розділі виконаний аналіз конструкцій портальних підйомно-транспортних машин, показано місце машин на пневмоколісному ходу в загальному компоновочному ряду таких машин. Зазначені недоліки їх конструкцій та проаналізовані відомі методи проектування несучих систем.

Виконаний аналіз дозволив сформулювати конкретні задачі досліджень, які направлені на визначення навантажень на несучу систему портальної машини, її жорсткістних характеристик, впливу крутильної жорсткості на формування особистих динамічних характеристик системи та на величини допустимих експлуатаційних швидкостей машини. Відзначається, що більшість проектувальних рішень не враховує ряд режимів навантаження, специфіку експлуатації таких машин в умовах технологічних ліній підприємств, що приводить до збільшення власної маси машини, її габаритів і зниженню довговічності. У зв'язку з цим при розробці нових зразків машин з метою зниження їх металомісткості необхідно використовувати математичні моделі формування зовнішніх навантажень, котрі ґрунтуються на характерних режимах навантаження основних силових елементів.

У другому розділі наведені дослідження процесу навантаження несучої системи підйомно-транспортної портальної машини на пневмоколісному ходу. Для цього розроблена розрахункова схема портальної машини, в основу якої покладено принцип розділення її на підсистеми з виділенням і заміною елементарних блоків їх динамічними аналогами. Враховуючи, що розрахункова схема, якою б складною вона не була, не може у повній мірі відтворювати картину динамічного напруженого стану портальної підйомно-транспортної машини, а також специфіку експлуатації. У розрахунках використовується метод незалежного дослідження вертикальних і горизонтальних коливань її несучої системи.

Основні розрахункові навантаження на несучу систему портальної машини формуються в процесі збуреного руху в подовжній вертикальній площині. На рис. 1 зображена розрахункова схема цієї машини; вжиті наступні позначення: 1 - шина пневматичного колеса; 2 - стійка несучої системи; 3 - лонжерон рами; 4 - напрямна штанга; 5 - вантажопідйомна штанга; 6 - піддон з вантажем.

Особливістю портальної несучої системи з напрямними штангами є те, що вони не чинять опору при переміщенні піддону з вантажем у вертикальному напрямку і заважають горизонтальним переміщенням у подовжньому та поперечному напрямках.

Диференціальні рівняння збуреного руху портальної машини отримані за схемою рівняння Лагранжа другого роду:



Рис.1. Розрахункова схема портальної несучої системи

(1)

(2)

де mк - маса несучої конструкції; Сш - коефіцієнт радіальної жорсткості шини колеса; Ск - коефіцієнт конструктивної жорсткості; - узагальнена координата центру маси несучої конструкції; mг - маса піддону з вантажем; - узагальнена координата центру маси піддона з вантажем; J - сумарний момент інерції несучої конструкції та піддона з вантажем відносно поперечної вісі, що проходить через центр маси системи; - кут повороту системи у подовжній вертикальній площині; L - половина бази портальної машини; h0 - амплітудне значення апроксимуючої синусоїди; - швидкість руху; t - час руху машини; l0 - довжина апроксимуючої синусоїди.

Розрахункове вертикальне навантаження може бути отримане за обставин, коли і визначається наступним виразом:

,(3)

де Рр - розрахункове вертикальне навантаження; g - прискорення вільного падіння; - кругова частота кінематичних збурень.

При наїзді портальної машини на високий бордюр під гострим кутом виникають бокові реакції у площині відповідних стійок, які досягають сили зчеплення коліс зі шляховим покриттям і розглядаються як розрахункові:

,(4)

де Рz - розрахункова бокова сила; m - маса номінально завантаженої портальної машини; f - коефіцієнт зчеплення коліс з покриттям.

При такому навантаженні внутрішні зусилля замикаються на рамі портальної несучої системи. Ця плоско-просторова рама зовні статично визначима. Внутрішньо, з урахуванням симетрії, вона невизначима один раз статично. Взагалі, розрахунки на стадії проектування статично невизначимих систем ускладнені через невідомі співвідношення жорсткостей силових елементів. Особливістю рами, що розглядається, є те, що поперечні навантаження Рр цілком сприймаються подовжніми силовими елементами. Плоско-просторова рама розкладається на дві балки, котрі перебувають в умовах чистого вигину. Таким чином, лонжерони розраховуються як статично визначимі двоопорні балки, і їх параметри визначаються на початковій стадії розрахунку. Приймається, що згинаючий момент реалізується подовжніми зусиллями у поличках профілю, поперечна сила - дотичними зусиллями у стінці профілю (рис.2,а).

Рис.2. Варіанти поперечних перетинів силових елементів

Тоді у першому наближенні можна представити:

,(5)

де п1 - товщина полички профілю в першому наближенні; - допустиме напруження при вигині; b - ширина полички профілю; h - висота стінки профілю; Мз - розрахунковий згинаючий момент.

Профіль першого наближення забезпечує мінімальну металомісткість, але надто тонка стінка висуває ряд проблем щодо практичного його використання. Тому товщину поличок зменшено до 0,9 п1.

Отримана математична залежність для визначення товщини стінки двотаврового профілю поперечини при конструктивно заданих b,п має вигляд:

,(6)

де k - співвідношення геометричних характеристик поперечних перетинів.

Фронтальний наїзд одним колесом на високий бордюр може призвести до складання рами портальної несучої системи у своїй площині. Така ситуація розглядається як розрахункова при експлуатації портальних машин у щільних умовах виробництва. У цьому випадку відбувається ударна взаємодія портальної несучої системи з перешкодою, яка описується динамічною розрахунковою схемою з одним ступенем свободи. Сила удару залежить від швидкості зіткнення маси піддона з вантажем, податливості системи і визначається за формулою:

,(7)

де Рд - сила ударної взаємодії портальної машини з бордюром; о - швидкість зіткнення; mr - маса піддона з вантажем; 11 - податливість системи.

Податливість системи 11 визначається пружними елементами, що входять до складу динамічної схеми, а саме:

,(8)

де - податливість рами у своїй площині; - податливість стійки у подовжній вертикальній площині; - податливість шини колеса.

Вираз сили ударної взаємодії портальної машини з бордюром має наступний остаточний вигляд:

,(9)

де Нс - висота стійки портальної несучої системи; Сш - радіальна жорсткість шини колеса; EJуп, EJул, EJzc, EJzл - згинальні жорсткості силових елементів.

У третьому розділі досліджуються жорсткісні характеристики, що визначають навантаження портальної несучої системи.

Несуча здатність підйомно-транспортних портальних машин визначається не тільки міцністю, але і жорсткістю основних силових елементів. У подовжній вертикальній площині достатня жорсткість портальної несучої системи забезпечується конструктивними засобами. У поперечній вертикальній площині, виходячи з компоновочних особливостей, вона забезпечується відповідним типом профілю подовжніх силових елементів. Конструктивна жорсткість пов'язана з власними частотами несучих систем, тому в пошуках важелів впливу на цю характеристику виведені диференційні рівняння коливань портальної машини у поперечній вертикальній площині:

,(10)

де Сшz - поперечна жорсткість шини колеса; Скz - конструктивна жорсткість портальної несучої системи у поперечній вертикальній площині; z1 - бокова узагальнена координата несучої системи; z2 - бокова узагальнена координата піддона з вантажем.

З системи рівнянь (10) отримані дві власні кругові частоти поперечних коливань:

.(11)

Власні кругові частоти портальної машини у поперечній вертикальній площині істотно залежать від коефіцієнта поперечної жорсткості несучої системи Скz. Це дозволяє на стадії проектування зміщувати власні кругові частоти у зарезонансну область за показником динамічної жорсткості.

В реальних умовах експлуатації портальна машина працює в зарезонансних зонах, і тому за реальними швидкостями руху машина проходить резонансні частоти і надалі при менших коефіцієнтах динамічності сприймає менші динамічні навантаження.

Частоти зовнішніх збурень, котрі переважають на експлуатаційних режимах, більші власних частот портальної машини у 1,5 2 рази. Таким чином, розглядається зарезонансний режим експлуатації портальної машини.

Вибір типу профілів силових елементів рами портальної несучої системи за динамічним критерієм передбачає розкриття коефіцієнта поперечної жорсткості за всіма складовими. Після цілеспрямованих спрощень отримані наступні вирази:

;(12)

(13)

де - коефіцієнт поперечної жорсткості портальної несучої системи при відкритому профілі лонжеронів рами; - приведений полярний момент інерції поперечного перетину лонжерона з відкритим профілем; Lш - довжина штанги; - коефіцієнт поперечної жорсткості портальної несучої системи при закритому профілі лонжеронів; - приведений полярний момент інерції поперечного перетину лонжерона з закритим профілем; кі - коефіцієнти пропорційності.

З урахуванням одного ступеня свободи, отримані вирази власних кругових частот коливань несучої системи у поперечній вертикальній площині:

,(14)

де - власна кругова частота коливань портальної несучої системи при відкритих профілях лонжеронів; mr - маса піддона з вантажем.

Власна кругова частота коливань портальної несучої системи при закритих профілях лонжеронів дорівнює:

.(15)

Співвідношення критичних швидкостей машин з різними типами профілів лонжеронів має вигляд:

,(16)

де - критична швидкість руху портальної машини з лонжеронами закритого профілю; - критична швидкість руху портальної машини з лонжеронами відкритого профілю.

У рамках традиційних конструктивних рішень . В той же час приведений полярний момент інерції закритого профілю на два порядки більший, ніж відкритого. Тоді безпосередньо з формули (19) витікає, що застосування закритого профілю для лонжеронів дає можливість збільшити критичну швидкість підйомно-транспортних портальних машин на порядок і робить безпечною експлуатацію цих машин у діапазоні робочих швидкостей від 5 до 20 км/год.

У плоско-просторових рамних системах скручування реалізується вигином та скручуванням силових елементів, які входять до цих систем. У системах з відкритими профілями переважним є вигин, оскільки на скручування відкритий профіль працює недостатньо. Під мінімальною крутильною жорсткістю слід розуміти здатність опиратися скручуючим навантаженням.

Таким чином, розв'язана задача оптимального проектування відкритих профілів силових елементів, котра формулюється як задача пошуку екстремуму цільової функції при наявності додаткових умов. У ролі цільової функції розглядається крутильна жорсткість профілів, яка однозначно пов'язана з приведеним полярним моментом інерції перетинів; у ролі додаткової умови - умова міцності при вигині (рис. 3).



Рис.3. Залежність приведеного полярного моменту інерції двотаврового профілю від товщини поличок:

1 - Мр = 80103 Нм; h=25010-3 м; b=11510-3 м.

2 - Мр = 50103 Нм; h=20010-3 м; b=10010-3 м.

3 - Мр = 20103 Нм; h=15010-3 м; b= 8010-3 м.

Згідно з розробленим алгоритмом складена програма оптимізації двотаврового профілю за критерієм мінімальної крутильної жорсткості.

У роботі отримані залежності погонної маси закритого і відкритого профілів від площі поперечного перетину:

то() = 90 3 ; то() = 0,054 ;(17)

то(I) = 60 3 ; то(I) = 0,024 ,(18)

де то() , то(I) - відповідно, погонна маса закритого і відкритого профілів; - щільність матеріалу конструкції; - товщина стінки профілю; L1 - довжина лонжерона; Рр - розрахункове вертикальне навантаження.

Розрахунки, виконані по рівнянням (17) і (18), показують, що маса рами портальної машини з відкритих профілів у 2,25 рази менша, ніж у відповідної рами з закритих профілів.

У таблиці 1 наведені дані, котрі характеризують зменшення металомісткості рами несучої системи в залежності від зовнішніх навантажень і з урахуванням того, що поперечини повинні мати відкритий профіль.

На підставі наведених даних розрахункова питома вантажепідйомність портальної машини може бути збільшена з початкових 6,0 т/т до 6,843 т/т.

Таблиця 1

Зменшення металомісткості рами несучої системи

Вертикальне навантаження Рр, кН	Маса погонного метра профілю, кг	Маса 2-х поперечин, кг	т, кг
	Закритий профіль	Відкритий профіль	Закритий профіль	Відкритий профіль
70	80,9	35,9	647,2	287,2	360,0
100	115,6	51,3	924,8	410,4	513,6
120	138,7	61,6	1109,6	492,8	616,0

У четвертому розділі наведені експериментальні дослідження підйомно-транспортної портальної машини з метою перевірки адекватності розробленої математичної моделі формування зовнішніх навантажень і прийнятої розрахункової схеми навантаження.

При дослідженні напружено-деформованого стану основних силових елементів портальної несучої системи використовувався тензометричний метод з залученням стандартної апаратури та розроблені спеціальні месдози.

Навантаження силових елементів портальної несучої системи визначалося при трьох режимах: 1) рух по нерівностях горизонтальної ділянки технологічної дороги - розрахунковий випадок для лонжеронів рами; 2) косий наїзд на високий бордюр - розрахунковий випадок для поперечин рами і стійок несучої системи в поперечній вертикальній площині; 3) фронтальний наїзд на бордюр висотою 200 мм одним колесом зі швидкістю 5 км/год - розрахунковий випадок для рами проти складання у своїй площині і для стійки несучої системи в подовжній вертикальній площині.

В основу визначення коефіцієнтів динамічності покладено однозначний зв'язок між напруженнями в конструкції та зовнішніми навантаженнями. У відповідності з таким уявленням про коефіцієнт динамічності визначалися напруження в двох характерних перетинах лонжерона рами при русі на першому режимі навантаження. Експериментально визначений коефіцієнт динамічності не перевищував 1,51. Розбіжність дорівнює 5,6%, при теоретичному значенні коефіцієнта динамічності - 1,6.

На другому режимі навантаження замірам напружень підлягали по два небезпечних перетини навантажених стійок та відповідної поперечини. Розбіжність між теоретичними та експериментальними результатами не перевищувала 7%. На третьому режимі навантаження замірам напружень підлягали три небезпечних перетини ударної стійки та прилеглих лонжерона і поперечини; розбіжність не перевищувала 7%.

Оскільки експериментальні дослідження підтвердили вірність основних положень розробленої математичної моделі, її можна залучити до розробки нової інженерної методики проектування несучих систем підйомно-транспортних портальних машин на пневмоколісному ходу.

У п'ятому розділі на базі проведених теоретичних і експериментальних досліджень приведена розроблена інженерна методика проектування несучих систем підйомно-транспортних портальних машин на пневмоколісному ходу. В основу запропонованої методики покладені найбільш характерні режими навантаження основних вузлів і агрегатів портальної несучої системи, які визначають розрахункові навантаження і мають назву розрахункових випадків навантаження.

Методика містить рекомендації щодо вибору типу профілів портальної несучої системи: лонжерони рами мають бути з закритим профілем; поперечини - з відкритим, до того ж оптимізованими за критерієм мінімальної крутильної жорсткості.

Розроблена автором інженерна методика проектування несучих систем підйомно-транспортних портальних машин на пневмоколісному ходу впроваджена у ВАТ “Транспрогрес” (м. Маріуполь). Розрахунковий економічний ефект від впровадження однієї портальної машини у технологічних лініях металургійного підприємства середньої потужності складає 50 тисяч гривень на рік.

ВИСНОВКИ

У результаті теоретичних і експериментальних досліджень, проведених у дисертаційній роботі, отримано рішення актуальної наукової задачі по обгрунтуванню параметрів і вдосконаленню конструкцій підйомно-транспортних портальних машин, котра забезпечує раціональну металомісткість конструкцій, і сформульовані такі висновки.

Вирішена задача визначення динамічних характеристик портальної несучої системи, що дозволяє обгрунтувати її конструктивні параметри: лонжерони рекомендовано проектувати з профілів закритого типу, а поперечини - з профілів відкритого типу.

Для відкритих профілів плоско-просторових несучих систем необхідно проводити оптимізацію параметрів силових елементів за критерієм мінімальної крутильної жорсткості. Застосування профілів відкритого типу для поперечин рами дозволяє зменшити металомісткість підйомно-транспортних портальних машин на 10…15%.

У роботі визначено коефіцієнт поперечної конструктивної жорсткості, завдяки чому виявлено зв'язок між власними частотами бокових коливань і типом профілів лонжеронів. Це дозволяє рекомендувати експлуатаційні швидкості портальної машини до 20 км/год.

У результаті експериментальних досліджень навантажень на несучу систему портальної машини за трьома режимами (проїзд по горизонтальній ділянці шляху, наїзд на перешкоду під кутом 5, фронтальний наїзд на перешкоду) підтверджена адекватність математичних розрахункових моделей і результатів експериментів. Розходження не перевищує 7%.

Розроблена інженерна методика розрахунку параметрів несучих систем підйомно-транспортних портальних машин дозволяє проектувати їх з раціональною металомісткістю, використовуючи комп'ютерну техніку.

Результати дисертаційної роботи прийняті до використання у практиці пректування портальних машин на пневмоколісному ходу у ВАТ “Транспрогрес” м. Маріуполь, а також у навачальному процесі при викладанні курсу “Основи автоматизованого проектування машин”

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Шматко Д.З., Коробочка А.Н., Смирнов Г.Ф. Оптимизация открытых профилей несущих систем по критерию минимальной крутильной жесткости // Науково-технічний та виробничий журнал “Підйомно-транспортна техніка”, 2003. - Вип.4 (8).-С. 98-101.

2. Смирнов Г.Ф., Шматко Д.З. Уменьшение металлоемкости рам несущих систем портальных машин на пневмоколесном ходу //Науково-технічний та виробничий журнал “Підйомно-транспортна техніка”, 2004. - Вип. 1(9). - С. 14-22.

3. Колесник И.А., Шматко Д.З., Лепетова А.Л. Формирование вертикальных нагрузок на несущую систему технологического портального автомобиля //Горная электромеханика и автоматика. - Днепропетровск, 2001. - Вып. 66. - С. 100-105.

4. Цапко В.К., Леепа И.И., Шматко Д.З. Выбор типа профилей лонжеронов портальной технологической машины по динамическому критерию // Вибрации в технике и технологиях. - Днепропетровск, 2001. - № 3 (19). - С. 8 - 10.

5. Шматко Д.З. Исследование поперечных колебаний несущей системы технологического портального автомобиля // Системні технології. - Регіон. міжвуз. зб. наук. праць. - Дніпропетровськ: ДНВП “Системні технології”, 2002. - Вип.2 (19). - С. 82-86.

6. Шматко Д.З., Бойко В.С. Определение сил, складывающих раму портальной несущей системы в своей плоскости // Системні технології. - Регіон. міжвуз. зб. наук. праць. - Дніпропетровськ: ДНВП “Системні технології”, 2002. - Вип.3 (20). - С. 78-83.

7. Шматко Д.З. Разработка инженерной методики проектирования несущих систем металлургических портальных машин на пневмоколесном ходу // Системні технології. - Регіон. міжвуз. зб. наук. праць. - Дніпропетровськ: ДНВП “Системні технології”, 2002. - Вип. 5 (21). - С. 119 - 127.

8. Шматко Д.З. Обгрунтування параметрів несучих систем металургійних машин на пневмоколісному ходу // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету, 2002. - Вип. 3 (114). - С. 92 - 96.

9. Шматко Д.З., Коробочка А.Н. Экспериментальные исследования металлургической портальной машины на пневмоколесном ходу. //Системні технології - Регіон. міжвуз. зб. наук. праць. - Дніпропетровськ: ДНВП “Системні технології”, 2003. - Вип. 4 (27). - С. 124-128.

10. Шматко Д.З. О проектировочном расчете статически неопределимой несущей системы. Научно-технический сборник: Разработка рудных месторождений, Криворожский технический университет, 2004. - Вип. 85. - С. 96-99.

АНОТАЦІЯ

Шматко Д.З. Обгрунтування параметрів несучих систем портальних підйомно-транспортних машин. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.05 - Піднімально-транспортні машини - Тернопільській державний технічний університет, Тернопіль, 2006.

У роботі досліджено формування навантаження на несучу систему підйомно-транспортної портальної машини у подовжній та поперечній вертикальних площинах, визначені сили, що складають раму у своїй площині. Досліджено жорсткісні характеристики, що визначають навантаження портальної несучої системи. Виявлено вплив конструкційної жорсткості на власні динамічні характеристики портальних несучих систем, виконано вибір типу профілів подовжніх силових елементів портальної несучої системи, оптимізовано відкритий профіль за критерієм мінімальної крутильної жорсткості. Експериментально досліджені навантаження основних силових елементів портальної несучої системи, визначені напруження у небезпечних перетинах, розрахована швидкість взаємодії портальної машини з бордюром при фронтальному зіткненні. Розроблена інженерна методика проектування несучих систем підйомно-транспортних портальних машин.

Ключові слова: портальна машина, несуча система, конструкція, динаміка, міцність, жорсткість, напруження, коливання.

АННОТАЦИЯ

Шматко Д.З. Обоснование параметров несущих систем портальних подъемно-транспортных машин. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.05 - Подъемно-транспортные машины - Тернопольский государственный технический университет, Тернополь, 2006.

В диссертации выполнен обзор портальных подъемно-транспортных машин на пневмоколесном ходу; проведен анализ методов проектирования портальных несущих систем, а также исследований в области конструктивного совершенствования портальных машин на пневмоколесном ходу; сформулированы цель и задачи исследования.

В работе исследован процесс нагружения несущей системы подъемно-транспортной портальной машины на пневмоколесном ходу. Доказано, что основные расчетные нагрузки на несущую систему формируются в процессе движения машины в продольной вертикальной плоскости. Получены математические зависимости для определения собственных динамических характеристик портальной несущей системы, расчетной нагрузки на продольные силовые элементы и коэффициента динамичности. Исследовано и изучено нагружение портальной несущей системы в поперечной вертикальной плоскости при наезде на высокий бордюр под острым углом, где решена задача проектировочного расчета на прочность статически неопределимой системы. Определены расчетные нагрузки при фронтальном соударении подъемно-транспортной портальной машины с бордюром.

Выполнены исследования жесткостных характеристик, определяющих нагружение портальной несущей системы. Разработана методика выбора типа профилей продольных силовых элементов портальной несущей системы по динамическому критерию. Получено выражение для определения критической скорости подъемно-транспортной портальной машины как функции крутильной жесткости продольных силовых элементов рамы портальной несущей системы. Применение закрытого профиля для лонжеронов рамы портальной несущей системы увеличивает критическую скорость и создает условия для безопасной эксплуатацию этих машин.

Разработаны программа и методика экспериментального исследования подъемно-транспортной портальной машины грузоподъемностью до 30 тонн. Экспериментальные исследования подтвердили адекватность разработанной математической модели формирования внешних нагрузок и принятой расчетной схемы несущей системы.

Расхождение между теоретическими и экспериментальными результатами проведенных исследований профилирующих нагрузок не превышает 7%.

В результате проведенных теоретического и экспериментального исследований разработана инженерная методика проектирования несущих систем подъемно-транспотных портальных машин.

Ключевые слова: портальная машина, несущая система, конструкция, динамика, прочность, жесткость, напряжение, колебание.

SUMMARY

Shmatco D.Z., The Basis of Parameters for Load - Carrying Systems of Portal Upload - Transportation Machines.- Manuscript.

Dissertation for a candidate`s degree of technical sciences on specialty 05.05.05 - Upload - transportation Machines. Thernopol State Technical University, Thernopol, 2006

The forming of loads in a carrying system of upload-transportation portal machine in longitudinal and cross vertical planes is investigated, forces which fold frame in its plane are determined. Characteristics of stiffness which are causing loads of portal carrying system are investigated. The effect of structural stiffness for natural dynamical characteristics of portal carrying systems is discovered, the selection of type for profiles of longitudinal power elements for portal carrying system is fulfiled, the open profile is optimizаted by criterion of minimum torsionfl rigidity. Loads in fundamental load-bearing elements of portal carrying system, stresses in dangerous cross - sections and the calculated speed of interaction of portal machine with kerb in the time of frontal collision are investigated by experiments. The procedure of designing of load-carrying systems in upload-transportation portal machines on pneumatic wheels for engineers is worked out.

Key words: portal machine, load-carrying system, construction, dynamics, strength, rigidity, stress, oscillation.

Размещено на Allbest.ru

...