Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Состояние вопроса в предметной области. Обзор существующих систем автоматизации моделирования динамических систем 11
1.1 Тенденции развития стреловых грузоподъемных кранов и их систем безопасности 11
1.2 Требования к безопасной работе стреловых грузоподъемных кранов 18
1.3 Анализ существующих приборов безопасности стреловых грузоподъемных кранов 21
1.4 Пакеты визуального моделирования сложных динамических систем 28
Выводы по главе 1. Задачи исследования 32
ГЛАВА 2 Методика автоматизированного моделирования стреловых грузоподъемных кранов 34
2.1 Анализ стрелового грузоподъемного крана как сложной динамической системы 34
2.2 Методика автоматизированного моделирования механической подсистемы стрелового грузоподъемного крана 38
2.3 Методика автоматизированного моделирования подсистемы гидропривода стрелового грузоподъемного крана 49
2.4 Методика оценки устойчивости стрелового грузоподъемного крана по нормальным реакциям на опорные элементы 53
Выводы по главе 2 55
ГЛАВА 3 Математическое описание стрелового грузоподъемного . крана 57
3.1 Математическое описание механической подсистемы стреловогогрузоподъемного крана 57
3.1.1 Обоснование обобщенной расчетной схемы механической подсистемы стрелового грузоподъемного крана 57
3.1.2 Выбор и обоснование системы отсчета и обобщенных координат для математического описания стрелового грузоподъемного крана 60
3.1.3 Уравнения геометрических связей механической подсистемы стрелового грузоподъемного крана 63
3.1.4 Линеаризация уравнений геометрических связей механической подсистемы стрелового грузоподъемного крана 66
3.1.5 Уравнения геометрических связей и скоростей упруговязких элементов механической подсистемы стрелового грузоподъемного крана 68
3.1.6 Уравнения динамики стрелового грузоподъемного крана > 72
3.2 Математическая модель подсистемы гидропривода стрелового 80
грузоподъемного крана
3.3 Моделирование управляющих и возмущающих воздействий на динамическую систему стрелового грузоподъемного крана 93
Выводы по главе 3 95
ГЛАВА 4 Разработка системы автоматизированного моделирования стрелового грузоподъемного крана 97
4.1 Структура системы автоматизированного моделирования стрелового грузоподъемного крана 97
4.2 Интерфейс системы автоматизированного моделирования стрелового грузоподъемного крана 99
4.3 Алгоритмы работы системы автоматизации моделирования стрелового грузоподъемного крана 108
4.3.1 Алгоритм работы программы моделирования механической подсистемы стрелового грузоподъемного крана 108
4.3.2 Алгоритм работы программы решения задачи статики 111
4.3.3 Алгоритм работы программы решения задачи динамики 112
4.3.4 Алгоритм работы программы моделирования подсистемы гидропривода 113
4.4 Библиотеки типовых элементов и схем гидропривода 116
4.5 Экспериментальное подтверждение адекватности математичес кой модели, построенной в системе автоматизированного моделирования стрелового грузоподъемного крана 118
Выводы по главе 4 123
Заключение 124
Список использованных источников
- Тенденции развития стреловых грузоподъемных кранов и их систем безопасности
- Анализ стрелового грузоподъемного крана как сложной динамической системы
- Математическое описание механической подсистемы стреловогогрузоподъемного крана
- Структура системы автоматизированного моделирования стрелового грузоподъемного крана
Введение к работе
Стреловые грузоподъемные краны (СГК) являются одним из наиболее универсальных средств механизации монтажных и погрузочно-разгрузочных работ на промышленных предприятиях, строительных площадках. Поэтому важную роль для машиностроительных предприятий-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.
Актуальными являются работы по развитию методов расчета СГК и их систем безопасности, способствующих безаварийной работе грузоподъемных кранов.
Для безопасной эксплуатации грузоподъемные краны должны иметь достаточную устойчивость от опрокидывания. Особенно жесткие требования устойчивости предъявляются к СГК. Их устойчивость обеспечивается только силой собственного веса и размерами опорного контура. Одним из способов обеспечения безаварийной работы является оснащение СГК специальными приборами безопасности, которые автоматически отключают механизмы, продолжение работы которых нарушает устойчивость СГК, информируют машиниста о параметрах работы СГК и сигнализируют об опасности.
Однако даже при выполнении этих мероприятий процент аварий на СГК достаточно высок.
Существующая нормативная методика расчета устойчивости СГК по своей сущности является методикой статического расчета, в то время как процесс опрокидывания СГК является динамическим процессом.
Грузоподъемный кран представляет собой динамическую систему, представляющую собой совокупность неоднородных подсистем, состояние которой изменяется во времени. СГК подвергается возмущениям различной природы: ветровые нагрузки, динамические усилия и т.д. Учет всех факторов, влияющих на динамическую систему крана, является важной задачей исследования СГК.
Вопросам динамических расчетов с учетом влияния всех факторов, влияющих на устойчивость грузоподъемного крана, пока уделяется недостаточно внимания. К тому же проведение моделирования сложных динамических систем, таких как грузоподъемный кран, 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 проведение динамических расчетов гидроприводов, позволяющих исследовать рабочие процессы с учетом влияния конструктивных и эксплуатационных факторов. Такие исследования на ранних этапах проектирования кранов с использованием систем автоматизированного проектирования (САПР) позволяют сократить затраты на экспериментально-доводочные работы по выявлению дефектов и совершенствованию конструкций.
Важнейшей составной частью САПР являются системы автоматизации моделирования (САМ). Моделирование в таких системах является автоматизированным и осуществляется под непосредственным контролем пользователя в форме человеко-машинного диалога. САМ позволяют оперативно оценивать с помощью ЭВМ функционирование систем грузоподъемных кранов и составляющих их подсистем и устройств.
Известны различные универсальные пакеты визуального моделирования, позволяющие моделировать структурно-сложные динамические системы (SIMULINK и SimMechanics пакета MATLAB, EASY5 (Boeing), подсистема SystemBuild пакета MATRIX, VisSim (Visual Solution), "20-SIM" (Controllab Products B.V), Dymola (Dymasim), Omola, OmSim (Lund University), Modelica (The Modelica Design Group), Shift (California PATH), Model Vision Studium («Экспериментальные объектные технологии») и др. Несмотря на то, что эти пакеты являются универсальными и обладают мощными средствами для моделирования и визуализации сложных динамических систем, построить модель динамической системы ССК с учетом всех факторов и возмущений, оказывающих влияние на систему крана, в среде указанных пакетов сложно и требует тщательного изучения среды, средств и инструментов моделирования, а также трудоемкой подготовки к моделированию (расчленению на элементы, установке связей между элементами, описанию поведения и т.д.). В результате построенные схемы сложных динамических систем являются громоздкими и визуально трудно воспринимаемыми.
Таким образом, проблема разработки методов автоматизированного моделирования СГК на основе современных компьютерных технологий для решения задач проектирования кранов является весьма актуальной.
Цель и задачи исследования. Цель диссертационной работы заключается в разработке методики, алгоритмов и программ автоматизированного моделирования стреловых грузоподъемных кранов.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
- определить структуру стрелового грузоподъемного крана как сложную динамическую систему, состоящую из неоднородных подсистем;
- разработать совокупность математических моделей подсистем сложной динамической системы СГК;
разработать методику автоматизированного построения математических моделей подсистем СГК;
предложить методику контроля устойчивости СГК;
разработать программное обеспечение для автоматизированного моделирования СГК;
подтвердить адекватность предложенной математической модели СГК и оценить работоспособность созданного программного комплекса.
Методы исследования. В работе использованы методы математического моделирования, векторной алгебры, математического анализа, прикладной математики, теории алгоритмов.
Научная новизна работы:
- предложена методика автоматизированного моделирования сложной динамической системы стрелового грузоподъемного крана;
- разработаны математические модели подсистем стрелового грузоподъемного крана;
- разработана методика контроля устойчивости по нормальным реакциям опорных элементов;
- разработаны алгоритмы автоматизированного моделирования подсистем стрелового грузоподъемного крана;
- на основе предложенных математических моделей создано программное обеспечение для автоматизированного моделирования стреловых грузоподъемных кранов.
Практическая ценность работы:
- созданный программный комплекс, включающий библиотеки типовых элементов и структурных схем, модули моделирования подсистем крана, дает возможность комплексного исследования динамических систем стреловых грузоподъемных кранов;
- разработанная методика контроля устойчивости по нормальным реакциям опор позволяет создавать системы безопасности СГК.
Апробация результатов работы.
Основные результаты работы докладывались на Международных научно-практических конференциях: «Проблемы автомобильных, дорог России и Казахстана» (Омск 2001), «Архитектура, строительство, дорожно-транспортный комплекс, экономика и экология» (Омск 2003), «Дорожно-транспортный комплекс как основа рационального природопользования» (Омск 2004), 2-ой Международной конференции молодых ученых и студентов «Актуальные проблемы современной науки» (Самара 2001); на заседаниях и научных семинарах кафедр «Автоматизация производственных процессов и электротехника», «Информационные технологии» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии.
Основные положения диссертации, представленные к защите автором:
- методика автоматизации моделирования динамической системы стрелового самоходного гидравлического крана;
- математические модели механической подсистемы и подсистемы гидропривода стрелового самоходного гидравлического крана;
- методика контроля устойчивости по нормальным реакциям опорных элементов.
Публикации. По результатам работы опубликовано 12 печатных работ.
Структура и содержание работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, списка использованных источников, включающего 143 наименования, и 3 приложений. Работа изложена на 138 страницах, содержит 2 таблицы и 52 рисунка.
Во введении освещено состояние рассматриваемого вопроса, обоснована актуальность разрабатываемой темы, определена цель и задачи исследования, сформулированы научная новизна и практическая ценность, дано краткое содержание работы и сведения об ее апробации.
В первой главе диссертационной работы дается анализ тенденций развития СГК и их систем безопасности, требований к безопасной работе грузоподъемных кранов, пакетов визуального моделирования сложных динамических систем.
Во второй главе проведен анализ стрелового грузоподъемного крана как сложной динамической системы, состоящей из механической подсистемы, подсистемы гидропривода и подсистемы контроля устойчивости, представлены методики автоматизированного моделирования подсистем крана. Методика автоматизированного моделирования механической подсистемы крана основана на автоматическом построении уравнений движения в форме уравнений Лафанжа второго рода с переменными коэффициентами. Методика автоматизированного моделирования подсистемы гидропривода основана на разбиении схемы гидропривода на функциональные элементы, описанные линеаризованными математическими моделями, и построении уравнений системы гидропривода из математических моделей элементов. Методика оценки устойчивости системы фузоподъемного крана предполагает вычисление критерия оценки устойчивости по нормальным реакциям выносных опор.
В третьей главе описаны математические модели подсистем стрелового фузоподъемного крана. При математическом описании механической подсистемы обосновывается обобщенная расчетная схема этой подсистемы, выбираются и обосновываются системы координат и обобщенные координаты, строятся уравнения геометрических связей между звеньями, уравнения кинематики звеньев и упруго-вязких элементов, уравнения динамики стрелового самоходного гидравлического крана. Математическое описание подсистемы гидропривода включает построение математических моделей функциональных блоков гидросистемы в виде гидромногополюсников, а также построение математической модели системы гидропривода из математических моделей этих блоков.
Четвертая глава посвящена описанию профаммного комплекса для автоматизированного моделирования стреловых фузоподъемных кранов, состоящего из библиотек типовых элементов и схем, модулей построения структурных схем гидропривода и моделирования подсистем крана. Также в этой главе приводятся алгоритмы работы системы автоматизированного моделирования стрелового фузоподъемного крана.
Работа выполнена в Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии.
Тенденции развития стреловых грузоподъемных кранов и их систем безопасности
Одним из наиболее распространенных средств механизации погрузочно-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 по конструктивному исполнению; по виду привода механизмов; степени поворота; способу опирання; конструкции ходового оборудования и др. По конструктивному исполнению грузоподъемные краны разделяют на краны: мостового типа; краны-штабелеры; стрелового типа; самоходные краны[5,6,31,49,55].
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[5,6,31,49,55,137].
В России и ближнем зарубежье стреловые самоходные краны выпускаются на следующих предприятиях: ОАО «Автокран» (г.Иваново), 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[10].
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, об устойчивости крана при подъеме и перемещении груза, о состоянии отдельных узлов, агрегатов и др.[5,10,11,19,31,49,106,116,118].
Универсальность кранов подразумевает возможность установки сменного оборудования (башенно-стрелового, гуськов, платформ, люлек и т.п.). Возрастает применение технологий, уменьшающих массу высокопрочных материалов. 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[5,24,66].
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[5,10,63].
Анализ стрелового грузоподъемного крана как сложной динамической системы
СГК являются наиболее распространенным видом подъемно-транспортных машин. Область их использования в промышленности значительно расширилась в связи с применением новых видов стрелового оборудования, выносных опор, совершенствования привода и повышением мобильности машин, внедрением электронных средств управления, в том числе на базе микропроцессорной техники[ 10,49,93,104,105,118,119].
Учитывая лишь наиболее существенные признаки, можно классифицировать СГК на следующие виды[ 10,28,49,55,137]: - по назначению: краны общего назначения и краны специальные -промышленные, аварийные, пожарные, военные, портовые, краны с навесным оборудованием и др.; - по типу крановых шасси: на автомобильном шасси, пневмоколес-ном и гусеничном ходу, на специальном шасси автомобильного типа и короткобазовом шасси; - по типу привода: краны с механическим, электрическим, гидравлическим; - по типу движителей: краны пневмоколесные и гусеничные; - по типу стрел: с ферменной стрелой и с телескопической стрелой; - по проходимости: краны высокой, ограниченной и универсальной проходимости; - по количеству и расположению кабин управления: краны с кабиной только на поворотной платформе, с кабиной только на шасси, с кабинами на поворотной платформе и шасси; - по наличию дополнительных устройств повышения грузоподъемности (УПГ): краны, снабженные УПГ; краны без УПГ.
Стреловые краны имеют подобные конструктивные элементы: неповоротную часть (шасси или платформу); поворотную часть; стрелу и кабину (кабины) водителя. Автомобильные краны составляют основную группу самоходных кранов (рис.2.1).
Несмотря на многообразие конструкций грузоподъемных кранов можно выделить ряд основных общих признаков: - шасси в рабочем режиме устанавливается на выносных опорах; - платформа является поворотной; - стрела крепится к платформе шарнирно; - крюковая обойма находится на тросовой подвеске. Выделяют два варианта конструкций стрел: ферменные и телескопические. Телескопические стрелы по сравнению с ферменными применяются более широко, так как кран с телескопической стрелой всегда готов к работе в отличие от ферменной, для монтажа которой необходимо несколько часов[28,49,55].
Стреловой грузоподъемный кран (СГК) рассматривается как сложная динамическая система, состоящая из механизмов и приводов с учетом разнообразия связей между элементами системы, влияния внешней среды, технологических условий работы, адаптивности управления.
Динамическая система грузоподъемного крана представляется как конечное множество подсистем (механической подсистемы и подсистемы гидропривода), взаимосвязанных между собой и составляющих единое целое (рис. 2.2).
Состояние динамической системы СГК изменяется во времени: она подвергается внешним возмущениям (ветровые нагрузки, воздействия со стороны микрорельефа и т.д.); внутренним возмущениям (поломка механизмов, обрыв стреловых и грузовых канатов и т.д.), внешним управляющим воздействиям (рабочие задания); внутренним управляющим воздействиям (управление механизмами крана). В целях защиты крана от опрокидывания используются приборы безопасности, играющие роль обратной связи. Современные приборы безопасности информируют машиниста о параметрах работы крана и производят автоматическое отключение механизмов при перегрузке.
Анализ динамических процессов в кранах и их механизмах в общем виде сложен, т.к. колеблющаяся система крана состоит из большого числа масс и упругих элементов, а характер развития процесса зависит еще и от начальных условий.
Математическое моделирование позволяет решать задачи проектирования систем СГК, исследования динамических процессов, анализа аварийных ситуаций.
Математическое описание механической подсистемы стреловогогрузоподъемного крана
Механическую подсистему СГК представляем в виде шарнирно-сочлененных многозвенников, звеньями которых являются базовая машина, поворотная платформа, стрела, телескопическое звено, тросовая подвеска с крюковой обоймой и грузом.
Учитывая значительные жесткости остова крана, металлоконструкции стрелового оборудования, примем широко распространенное в технике допущение, представив расчетную схему в виде динамической системы, состоящей из абсолютно жестких элементов с сосредоточенными податливостями[12,17,68].
Для учета упруго-вязких динамических свойств объемного гидропривода пренебрежем силами сухого трения в гидроцилиндрах, которые составляют 4-10% от сил хода штока и представим динамическую модель силового гидроцилиндра моделью Фохта[68].
Для упрощения математической модели целесообразно внешние силы, действующие на ходовое и стреловое оборудование грузоподъемного крана, изобразить на расчетной схеме эквивалентными составляющими, приложенными в определенных точках и представляющими проекции результирующих сил на оси инерциальной системы координат.
Анализ конструкций и условий работы СГК показывает необходимость рассмотрения пространственной расчетной схемы.
На рис. 3.1. изображена пространственная обобщенная расчетная схема СГК, представляющая шарнирно-сочлененный многозвенник, звеньями которого являются: 1) базовое шасси крана массой ГП], включающее в себя массу ходового оборудования; 2) поворотная платформа массой ГГІ2, включающая в себя часть массы гидроцилиндра подъема стрелы; 3) стрела крана массой Шз, включающая в себя часть массы гидроцилиндра подъема стрелы и часть массы гидроцилиндра выдвижения стрелы; 4) выдвижная часть стрелы массой гщ, включающая в себя часть массы гидроцилиндра выдвижения стрелы; 5) тросовая подвеска с крюковой обоймой и грузом массой т$.
Звенья представляют собой абсолютно жесткие конструкции, характеризуемые моментами инерции J/x, J/y, J/z; центробежными моментами инерции J;xy, J/xz, J/yz относительно осей собственных локальных систем координат; координатами центров масс звеньев в локальных системах координат R . ; массами звеньев ГП/.
На рис.3.2 представлена динамическая расчетная схема СГК, совершающего малые колебания.
Упруговязкие свойства гидроцилиндров выносных опор, стрелы и тросовой подвески с обоймой отражены в динамических связях жесткостями Ci, С2, . . . , Сц и диссипативными элементами t i, Ьг, . . . , Ьп. На систему действуют силы. Массы звеньев Ш/ в поле тяготения создают силы веса F , представленные на расчетной схеме сосредоточенными силами, приложенными в центрах масс звеньев, заданных векторами R . . Со стороны грунта на опорные элементы действуют реакции
FR.1 FR2 --- 114 Составленная расчетная схема является обобщенной, так как отражает наиболее общие признаки большинства известных СГК.
Для вывода уравнений движения СГК, воспринимающего возмущающие и управляющие воздействия, необходимо прежде всего задать системы координат, позволяющие однозначно описать перемещения в пространстве.
Целесообразно использовать правые ортогональные системы координат. Введем инерциальную систему координат 00X0Y0Z0 с началом координат 00, связанную с грунтом.
Начало координат системы OiXiYiZj, характеризующей базовое шасси, связано с центром масс О]. Оси этой системы имеют следующие направления: Xj - ось, совпадающая с продольной осью базовой машины в продольно-вертикальном направлении; Z\ - ось, перпендикулярная оси Хь в продольно-вертикальной плоскости симметрии и направлена вверх; Y\ — третья ось правой ортогональной системы координат. В состоянии равновесия начала и оси инерциальнои и первой систем координат совпадают.
Начало координат Ог системы O2X2Y2Z2, связанной с поворотной платформой, находится на оси поворота этого звена, ось Х2 направлена вдоль продольной оси поворотной платформы, ось 7J2 направлена вертикально вверх, Y2 является третьей осью правой ортогональной системы координат.
Положения третьего звена, характеризующего телескопическую стрелу крана, и четвертого звена, характеризующего выдвижную часть стрелы, определяются правыми ортогональными локальными системами координат соответственно O3X3Y3Z3 и O4X4Y4Z4, жестко связанными с этими звеньями, где оси Хз и Х4 направлены вдоль стрелы.
Пятое звено, связанное с тросом, крюковой обоймой и грузом, характеризуется системой координат O5X5Y5Z5, начало координат О5 которой находится в центре полиспаста, ось Z5 которой направлена вдоль троса, идущего к крюковой обойме, ось Y5 в состоянии покоя совпадает с осью вращения шкивов, ось Х5 является третьей осью правой ортогональной системы координат.
Структура системы автоматизированного моделирования стрелового грузоподъемного крана
Система автоматизированного моделирования СГК предназначена для моделирования стреловых грузоподъемных кранов с целью исследования рабочих процессов, статики и динамики СГК, анализа аварийных ситуаций, анализа устойчивости СГК. Областью применения системы могут быть научные исследования и разработки стрелового гидравлического крана.
Она позволяет без знания языков программирования и численных методов, в понятных и простых для восприятия терминах, с использованием библиотек типовых элементов производить построение модели динамической системы СГК с учетом влияния внешней среды, технологических условий работы.
Структурная схема системы автоматизации моделирования СГК приведена на рис. 4.1.
Интерфейс САМ позволяет организовать в наглядной форме ввод основных параметров и характеристик динамической системы СГК, построение структурной схемы гидропривода, задание параметров моделирования, возмущающих и управляющих воздействий, параметров вывода результата.
Программа формирования модели механической подсистемы производит машинную интерпретацию механической подсистемы.
Программа формирования модели подсистемы гидропривода позволяет организовать машинное представление структурной схемы гидропривода, а также вычисление матрицы передаточных функций подсистемы гидропривода, используя библиотеки элементов гидропривода.
Библиотеки типовых элементов созданы для хранения и выборки элементов механической подсистемы и подсистемы гидропривода.
Программа проведения динамического исследования СГК на основе данных, сформированных профаммами формирования моделей подсистем крана, и введенных параметров моделирования и нафузок, позволяет произвести вычислительный эксперимент.
Профамма оформления результатов в зависимости от выбранных режимов вывода организует вывод результатов исследования динамической системы СГК в виде таблиц или фафиков.
Предложенная САМ СГК создана в интегрированной среде разработки Visual Basic 6, позволяющей создавать Windows-приложения с использованием баз данных на основе объектно-ориентированного программирования.
Интерфейс системы автоматизированного моделирования стрелового грузоподъемного крана Под пользовательским интерфейсом системы подразумеваются средства графической оболочки САМ СГК, которые обеспечивают легкое управление системой, как с клавиатуры, так и с помощью мыши.
Интерфейс системы включает в себя главное окно, вид которого типичен для Windows-приложений. Главное окно содержит строку заголовка, строку меню, панель инструментов (рис.4.2).
В строке заголовка указывается название системы (САМ ССГК). Панель меню состоит из 4 пунктов: Файл, Библиотеки, Окна, Помощь. Пункт Файл состоит из 5 типичных для Windows-приложений групп, которые предназначены для создания проектов (Новый), открытия существующих проектов (Открыть), сохранения проектов (Сохранить и Сохранить как...) и выхода из системы (Выход).
Пункт Библиотеки содержит подпункты работы с библиотеками (Механическая подсистема ..., Гидропривод ...), которые в свою очередь тоже имеют подпункты (Базовые шасси, Поворотные платформы, Стрелы, Телескопические звенья, Канаты и ДВС, Гидронасосы, Гидромоторы, Золотники, Гидроиилиидры, Дроссели соответственно) (рис.4.3). Эти пункты позволяют просматривать характеристики элементов библиотек, удалять элементы из библиотек.
Вкладка Расчетная схема содержит рисунок расчетной схемы стрелового самоходного гидравлического крана, облегчающий понимание и задание параметров звеньев крана на последующих вкладках.
Вкладки, отвечающие за звенья крана (Базовое шасси, Поворотная платформа, Стрела, Телескопическое звено, Груз), позволяют задать параметры звеньев: координаты центров локальных систем координат звеньев, моменты инерции и центробежные моменты инерции звеньев, координаты центров тяжести звеньев, массы звеньев, конструктивные параметры звеньев, параметры упруго-вязких элементов (рис.4.5).
Вкладка Обобщенные координаты содержит таблицу с перечнем обобщенных координат крана и позволяет задать начальные значения и начальные скорости обобщенных координат (рис.4.6).
