Система автоматизированного моделирования стрелового крана Монография Омск

Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Сибирская государственная автомобильно-дорожная

академия (СибАДИ)»

В.С. Щербаков, С.А. Зырянова, М.С. Корытов

СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ СТРЕЛОВОГО ГРУЗОПОДЪЕМНОГО КРАНА

Монография

Омск

СибАДИ

2009

УДК 621.87 : 681.5 ББК 38.6-445.22 : 31.965

Щ 60

Рецензенты:

д-р. техн. наук, проф. В.Н. Сорокин (ОмГТУ); д-р. техн. наук, проф. С.В. Корнеев (ОмГТУ)

Монография одобрена редакционно-издательским советом СибАДИ.

Щербаков В.С., Зырянова С.А., Корытов М.С.

Щ 60 Система автоматизированного моделирования стрелового грузо-

подъемного крана: Монография. – Омск: СибАДИ, 2009. – 106 с.

ISBN ___ – _ – _____ – ___ – _

В монографии проведен анализ тенденций развития стреловых грузоподъемных кранов и их систем безопасности, требований к безопасной работе грузоподъемных кранов, пакетов визуального моделирования сложных динамических систем; предложен анализ стрелового грузоподъемного крана как сложной динамической системы, состоящей из механической подсистемы, подсистемы гидропривода и подсистемы контроля устойчивости, представлены методики автоматизированного моделирования подсистем крана; приводятся алгоритмы работы системы автоматизированного моделирования стрелового грузоподъемного крана. Описан программный комплекс для автоматизированного моделирования стреловых грузоподъемных кранов.

Монография может быть полезна студентам вузов, аспирантам, инженерам, научным работникам, чья деятельность связана с проектированием и исследованием стреловых грузоподъемных кранов.

Табл. 3. Ил. 52. Библиогр.: 27 назв.

2

3

ВВЕДЕНИЕ

Стреловые грузоподъемные краны (СГК) являются одним из наиболее универсальных средств механизации монтажных и погрузочноразгрузочных работ на промышленных предприятиях, строительных площадках. Поэтому важную роль для машиностроительных пред- приятий-разработчиков играет совершенствование СГК, направленное на повышение их основных параметров: грузоподъемности; маневренности и устойчивости; производительности и точности выполнения работ; расширение номенклатуры по грузоподъемности; использование различных шасси; улучшение их технических характеристик и качества.

Важным направлением является работа по развитию методов расчета СГК и их систем безопасности, способствующих безаварийной работе кранов. Для безопасной эксплуатации грузоподъемные краны должны иметь достаточную устойчивость от опрокидывания. Особенно жесткие требования устойчивости предъявляются к СГК. Их устойчивость обеспечивается только собственной силой тяжести и размерами опорного контура. Одним из способов обеспечения безаварийной работы является оснащение СГК специальными приборами безопасности, автоматически отключающими механизмы, продолжение работы которых нарушает устойчивость крана, информирующими машиниста о параметрах работы крана и сигнализирующими об опасности.

СГК является динамической системой, которая представляет собой совокупность неоднородных подсистем, состояние которой изменяется во времени; она подвергается возмущениям различной природы: ветровые нагрузки, динамические усилия и т.д. Учет основных факторов, влияющих на динамическую систему крана, является важной задачей исследования СГК.

Вопросам динамических расчетов с учетом основных факторов, влияющих на устойчивость СГК, уделяется важное внимание. Однако при проведении моделирования сложных динамических систем, таких как СГК, и исследование этих систем является трудоемкой задачей, требующей больших временных затрат.

Одним из этапов проектирования СГК является проведение статических и динамических расчетов механизмов крана и динамических расчетов гидроприводов, позволяющих исследовать рабочие процессы с учетом влияния конструктивных и эксплуатационных факторов. Такие исследования на начальных этапах проектирования кранов с

5

использованием систем автоматизированного проектирования (САПР) позволяют сократить затраты на экспериментальнодоводочные работы по выявлению дефектов и совершенствованию конструкций.

Внастоящей работе проводится анализ СГК как сложной динамической системы, состоящей из механической подсистемы, подсистемы гидропривода и подсистемы контроля устойчивости. Приводится общая методика автоматизированного моделирования СГК. Предложена методика оценки устойчивости системы грузоподъемного крана, основанная на вычислении критерия оценки устойчивости по нормальным реакциям выносных опор.

Вработе представлены алгоритмы работы системы автоматизированного моделирования стрелового грузоподъемного крана и описание программного комплекса для автоматизированного моделирования СГК.

1.СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА В ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ

1.1.Тенденции развития стреловых грузоподъемных кранов

иих систем безопасности

Одним из наиболее распространенных средств механизации по- грузочно-разгрузочных работ на промышленных предприятиях, строительных площадках, в речных и морских портах, на железнодорожном транспорте являются грузоподъемные краны. Грузоподъемные краны могут быть классифицированы по различным признакам: конструктивному исполнению; виду привода механизмов; степени поворота; способу опирания; конструкции ходового оборудования и др. По конструктивному исполнению грузоподъемные краны разделяют: краны мостового типа; краны-штабелеры; краны стрелового типа; самоходные краны [1; 2].

СГК являются одним из наиболее универсальных средств механизации монтажных работ. Самоходные стреловые краны выпускаются на автомобильном шасси, пневмоколесном и гусеничном ходу, на специальном шасси автомобильного типа и короткобазовом шасси [1; 2].

В России и ближнем зарубежье стреловые самоходные краны выпускаются на следующих предприятиях: ОАО «Автокран» (г. Ива-

6

ново), ОАО «ГАКЗ» (г. Галич Костромской обл.), ГУП РТ «ПО ЕЛАЗ» (г. Елабуга), ОАО «Мотовилихинские заводы» (г. Пермь), ОАО «ГАЗПРОМКРАН» (г. Камышин Волгоградской обл.), ОАО «ПО УСОЛЬМАШ» (г. Усолье-Сибирское Иркутской обл.), ОАО «КРАСТ» (г. Ставрополь), ОАО «СОКОЛ» (г. Самара), ОАО «Клинцовский автокрановый завод» (г. Клинцы Брянской обл.), ОАО «Челябинский механический завод» (г. Челябинск), АО «Краян» (г. Одесса), ЗАО «Машстройиндустрия», ГУП РТ «ПО ЕЛАЗ», ОАО «Угличмаш» (г. Углич Ярославской обл.), ОАО «Ухтинский машзавод» (г. Ухта, республика Коми), завод «Могилевтрансмаш» (г. Могилев, республика Беларусь), «Павлодарский машзавод» (г. Павлодар, республика Казахстан), ОАО «Юрмаш» (г. Югра Кемеровской обл.).

Важную роль играет непрерывное совершенствование ССК различных типов, которые эффективно используются в условиях строительства и реконструкции, обладают универсальностью, хорошими транспортными свойствами, высокой маневренностью, комфортабельностью, улучшенным управлением и экономичностью при повышенной безопасности. Важным направлением являются работы по развитию методов расчета кранов и автоматизации процессов их моделирования.

Мировой объем выпуска ССК непрерывно возрастает. Вместе с тем, возрастает их грузоподъемность. Если в 1966 г. в СССР был изготовлен кран модели КС-8161 грузоподъемностью 100 т., то уже в 1971 г. предельная грузоподъемность ССК достигла 1000 т [3].

Можно выделить следующие основные тенденции развития грузоподъемных кранов и их систем управления: увеличение грузоподъемности кранов; декомпозиция кранов при модульном проектировании; создание принципиально новых конструкций, в основу которых положено использование устройств, повышающих грузовысотную характеристику (УПГ); совершенствование систем управления и оснащение кранов электронными приборами безопасности; обеспечение полной информативности крановщика о рабочем состоянии крана, устойчивости крана при подъеме и перемещении груза, состоянии отдельных узлов, агрегатов и др. [1; 3].

Универсальность кранов подразумевает возможность установки сменного оборудования (башенно-стрелового, гуськов, платформ, люлек и т.п.).

Возрастает применение технологий, уменьшающих массу высокопрочных материалов.

7

Важнейшим требованием при проведении работ на грузоподъемных кранах является их безаварийная работа. Это подразумевает, в первую очередь, обеспечение устойчивости грузоподъемных кранов, что достигается снижением опрокидывающего момента и повышением восстанавливающего момента [1]. Поэтому одно из направлений развития грузоподъемных кранов и их систем безопасности направлено на обеспечение устойчивости кранов. Основные методы по обеспечению устойчивости грузоподъемных кранов приведены на рис 1.1.

Одним из способов снижения опрокидывающего момента является облегчение стрелы и стрелового оборудования. С этой целью рядом фирм разработаны прогрессивные сечения – октагональные, трапецеидальные, диамантовые, сечение с гофрированными листами и др. Для изготовления стрел применяются улучшенные материалы, облегчающие стрелу – синтетические полимерные материалы, армированные углеродным волокном; сплавы на основе алюминия с добавкой меди, железа, марганца и др.; легирование сталей цирконием. Для облегчения стрел существуют способы: фиксирование или блокирование секций, механически связываемых друг с другом перед подъемом больших грузов; применение направляющих или кондукторов, поддерживающих штоки гидроцилиндров; применение разгрузочных оттяжек; изготовление канатных блоков оголовка стрелы и крюковой обоймы из полиамида [1; 3].

Другим способом снижения опрокидывающего момента может быть увеличение опорного контура. Это достигается: увеличением расстояния между опорами; изменением компоновки опорного контура – раздваиванием задней части рамы, звездообразным и крестообразным расположением выносных опор, применением выносных опор, расположенных наклонно или поворачивающихся в вертикальной плоскости; применением сочлененных выносных опор различных модификаций; применением пятой выносной опоры, применением шестиопорного опирания; применением гидрофицированных опор; применением дополнительных балок и сегментных элементов, благодаря которым опорная поверхность приобретает форму, близкую к круговой (рис. 1.2–1.9).

Третьим способом снижения опрокидывающего момента и повышения восстанавливающего момента является применение устройств, повышающих грузовысотную характеристику (УПГ) СГК и дающих возможность временной установки элементов для создания повышенного грузового момента.

9