Оптимизация конструктивных схем подъемно-транспортных машин

Использование оптимизационных подходов при построении и определении количественных характеристик конструктивных схем подъемно-транспортных машин позволяет проектировщику решить ряд актуальных для современного машиностроения задач, таких как

  • • снижение массо-габаритных показателей качества машины в целом за счет максимально полного использования несущей способности ее металлоконструкции и деталей, а также более равномерного перераспределения воспринимаемых ими эксплуатационных нагрузок между отдельными конструктивными элементами;
  • • повышение технологичности машины и упрощение ее металлоконструкции и приводов за счет исключения второстепенных малонагруженных элементов, узлов и деталей;
  • • повышение показателей энергоэффективности машины за счет целенаправленного выбора кинематических схем машины в целом или ее передаточных механизмов.

Оптимизация конструктивных схем крано-манипуляторных систем

Общий подход при формировании задачи оптимизации конструктивных схем крано-манипуляторных систем

Целью оптимизации крано-манипуляторных систем с гидравлическим приводом, преимущественно устанавливаемых на мобильных транспортно-технологических машинах для производства широкой номенклатуры погрузочно-разгрузочных, транспортных и складских работ практически во всех отраслях современной экономики, является максимальное выявление и использование резервов несущей способности их металлоконструкций и используемого материала, а также энергетических характеристик силового гидропривода. Достижение этой цели возможно при формировании таких кинематических схем крано-манипуляторных систем, которые обеспечивают наилучшие значения заданных проектировщиком критериев качества при удовлетворении необходимых компоновочных решений, конструктивных, прочностных, ресурсных и других ограничений.

В качестве иллюстрации дальнейших действий, связанных с формированием и решением задачи оптимального синтеза конструктивных схем крано-манипуляторных систем, будем рассматривать трехзвенный кран-манипулятор (рис. 5.1).

Оптимизируемая конструктивная схема крано-манипуляторной системы

Рис. 5.7. Оптимизируемая конструктивная схема крано-манипуляторной системы:

AD — рукоять; АВ — стрела; ВС — поворотная колонна

Конфигурация любой крано-манипуляторной системы определяется набором числовых величин — геометрическими размерами звеньев схемы и их элементов, а также присоединительными размерами для установки приводных гидродвигателей. Некоторые из этих размеров не подлежат варьированию в процессе поиска оптимального решения, т. е. при оптимизации являются неуправляемыми параметрами. К ним относятся те, которые либо однозначно определяются другими характерными размерами схемы, либо не подлежат варьированию при проектировании или модернизации транспортно-технологической машины. Внешние нагрузки, воздействие которых учитывается при динамическом анализе металлоконструкции крана, также входят в число неуправляемых параметров.

За исключением фиксированных размеров, остальные размеры конструктивной схемы могут включаться в список управляемых параметров, варьируемых с целью нахождения оптимального решения.

Из управляемых параметров формируется вектор неизвестных размеров {х}, подлежащих определению. Найденный в процессе оптимизации вектор {x}opt и вектор неуправляемых параметров {z} полностью определяют размеры оптимальной конструктивной схемы. Чем большее число размеров принимается в качестве управляемых параметров, тем более эффективной становится процедура оптимизации.

Например, вектор управляемых параметров оптимизации кра- но-манипуляторной системы с конструктивной схемой, показанной на рис. 5.1, включает следующие размеры:

а вектор неуправляемых параметров —

Включенные в вектор {z} размеры звеньев Ьь Ь2 и L3 не подлежат варьированию, так как они определяются размерами рабочей зоны крана-манипулятора, регламентированной проектом производства сварочных работ при строительстве трубопровода. Размеры lch и lhi определяют узел крепления крана-манипулятора на базовом шасси транспортно-технологической машины, который нецелесообразно изменять в процессе модернизации.

Задача однокритериальной условной оптимизации крано-мани- пуляторной системы в общем случае формулируется следующим образом: требуется найти такое сочетание ее управляемых параметров (варьируемых размеров), при котором достигается минимум оптимизируемого критерия качества с учетом конструктивных, монтажных, прочностных и других ограничений:

где d[, em,fn — системы конструктивных, монтажных и прочностных ограничений.

Конструктивные ограничения d; (5.2) представляют собой геометрические соотношения, накладываемые на предельные (наибольшие [xfc]max и наименьшие к] min) значения варьируемых размеров конструктивной схемы крано-манипуляторной системы:

или применительно к примеру на рис. 5.1

Монтажные ограничения ет (5.3) представляют собой геометрические соотношения, накладываемые минимально допустимыми длинами приводных гидроцилиндров на минимально допустимые расстояния [Zac]min и |7e/]min между осями шарниров их крепления на металлоконструкции крана:

Прочностные ограничения fn (5.4) представляют собой условия, накладываемые на величину напряжений в характерных сечениях металлоконструкции:

где gv — суммарное напряжение растяжения — сжатия и изгиба в v-м характерном сечении металлоконструкции крана-манипулятора; [а;] —допустимое напряжение материала в j-м звене; (р — коэффициент устойчивости; S^v — осевое усилие в v-м сечении; M^v, Mjyv, — изгибающие моменты в плоскостях и в v-м сечении; Д, — площадь у-го поперечного сечения; W^v, Wb/V — моменты сопротивления у-го поперечного сечения звеньев в плоскостях и Wv — момент сопротивления v-го поперечного сечения поворотной колонны.

При проверке прочностных ограничений напряжения могут быть вычислены с использованием динамических моделей, например разработанных в [17—19].

Указанный при постановке задачи оптимизации (5.1)—(5.4) набор ограничений является минимально необходимым. Однако в зависимости от целей проектирования качественный и количественный состав ограничений может быть увеличен.

Конкретная формулировка задачи оптимизации, математическое выражение целевой функции 0({x},{z}) и ограничений в задаче оптимизации (5.1)—(5.4) определяется целью проектирования или модернизации крано-манипуляторной системы транспортнотехнологической машины.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >