Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса определения динамической нагруженности крано-манипуляторных установок 11
1.1. Условия эксплуатации и особенности конструкции 11
1.1.1. Область применения 11
1.1.2. Конструкция крано-манипуляторной установки 15
1.1.3. Характер рабочих процессов лесозаготовительных крано-манипуляторных установок 19
1.2. Методы анализа нагружения и прочности конструкций 20
1.2.1. Метод условных нагрузок 21
1.2.2. Метод воспроизведения эксплуатационных нагрузок 22
1.2.3. Вероятностно-статистический метод 23
1.3. Нормативная база и исследования динамической нагруженности 24
1.3.1. Нормативные требования 24
1.3.2. Расчетные методы 30
1.4. Основные выводы по первой главе 35
2. Исследование динамической нагруженности крано-манипуляторных установок 36
2.1. Постановка задачи 36
2.2. Грузовысотная характеристика 37
2.3. Экспериментальное определение грузовысотной характеристики 41
2.4. Расчетный показатель грузовысотной характеристики 44
2.5. Условия наибольшей грузоподъемности 47
2.6. Выбор расчетной схемы 50
2.7. Расчетные случаи нагружения 50
2.8. Методика расчета динамических нагрузок 57
2.8.1. Силовые характеристики гидроприводов стрел 57
2.8.2. Конечно-элементная модель случая вертикальных нагрузок 60
2.8.3. Конечно-элементная модель случая горизонтальных нагрузок 65
2.9. Упрощенная одномассовая модель 68
2.9.1. Случай действия вертикальных нагрузок 69
2.9.1.1. Линейная модель 76
2.9.1.2. Нелинейная модель 81
2.9.2. Случай действия горизонтальных нагрузок 84
2.10. Вероятностные динамические нагрузки 87
2.11. Основные выводы по третьей главе 93
3. Экспериментальное исследование динамической нагруженности крано-манипуляторной установки 95
3.1. Постановка задачи 95
3.2. Условия проведения динамических испытаний 95
3.3. Средства измерения и измеряемые параметры 98
3.4. Погрешность измерений 101
3.5. Результаты испытаний 102
3.5.1. Опускание и торможение груза стрелой 102
3.5.1.1. Торможение подъемной стрелой 102
3.5.1.2. Торможение выносной стрелой 110
3.5.2. Поворот и торможение груза колонной 117
3.6. Основные выводы по третьей главе 122
Заключение 123
Список использованных источников 127
Акт внедрения 137
Приложение А 139
- Характер рабочих процессов лесозаготовительных крано-манипуляторных установок
- Экспериментальное определение грузовысотной характеристики
- Конечно-элементная модель случая горизонтальных нагрузок
- Средства измерения и измеряемые параметры
Введение к работе
Актуальность работы. Создание крано-манипуляторных установок (КМУ) является одним из новых, першективных направлений развития грузоподъемной техники. Благодаря своей универсальности и экономической эффективности они нашли широкое применение в лесной и деревообрабатывающей промышленности (лесозаготовительные), в строи гельстве, при переработке и сборе металлолома.
Особенности конструкций стрел и их гидроприводов не позволяют полностью распространить на крано-манипуляторныеустановки результаты исследований нагруженности кранов, а результаты существующих зарубежных исследований в области нагруженности крано-манипуляторньк установок для нас недоступны. В связи с этим для нового класса грузоподъемных машин недостаточно разработаны подходы к оценке нагруженности (расчетные условия нагружения, расчетные случаи), отсутствуют корректные методики расчета динамических нагрузок.
Все это приводит к неоптимальности и неравно прочно ста конструкции и как следствие кувеличению массы, снижению надежности и кувеличению объема испытаний. Таким образом, исследование нагруженности и разработка эффективных методов расчета динамических нагрузок крано-манипуляторньк установок являются актуальными проблемами.
Цель диссертации состоит в определении нагруженности крано-манипуляторньк установок при переходных режимах работы на основе исследований условий эксплуатации и выделения расчетных случаев нагружения, моделирования рабочих процессов с учетом упругих деформаций стрел и особенностей гидроприводов стрел (подаїливостей рабочей жидкости и элементов гидропривода, характеристи к предохранительных клапанов).
Научная новизна диссертации заключается в следующем.
-
Обобщены основанные положения для расчетов динамических нагрузок, определены расчетные случаи нагружения крано-манипуляторньк установок(ки-нематические положения стрел), изложенные в разработанном стандарте предприятия.
-
Разработаны математические модели крано-манипуляторньк установок, позволяющие учитывать влияние упругих деформаций стрел и особенностей гидроприводов стрел (податливостей рабочей жидкости и элементов гидропривода, характеристик предохранительных клапанов) на динамическую нагруженноегь при переходных режимах работы. Предложенный подход также позволяет свести конструкции крано-манипуляторньк установок к упрощенной модели (одномао совой) при расчете нагрузок.
-
На основе упрощенной модели (одномассовой) разработан и защищен патентом способ определения динамических нагрузок сучетим случайного харак-тер а отклонений от средних величин массы груза, скорости груза и динамических усилий вгидронилиндрах стрел.
С.-Петербург
03 200^акт^ / О
Практическая значимость работы. Использование предложенных расчет-ньк подходов исследований нафуженности крано-манипуляторных устаноюк позволяет достоверно определять уровень нагрузок, оценивать влияние ратброса параметров КМУ и как следствие, улучшить технические характеристики проектируемых конструкций. Результаты, полученные входе исследования, используются при расчете элементов конструкции на прочность и определении оптимальных параметров конструкции.
Научные положении, выносимые на зашиту
-
Перечєнь основных расчетных случаев нагружения КМУ (кинематические положения стрел).
-
Математические модели КМУ,позволяющиеучитывать влияниеупругих деформаций стрел, податлиюстей рабочей жидюсти и элементов гидропривода, характеристик предохранительных клапанов на динамическую ншруженность при переходных режимах рабо гы.
-
Методика расчета динамических нагрузок КМУ при переходных режимах работы, мэнечно-элементная и упрощенная (одномассовая) модели, позволяющие учитывать упругие деформации стрел, податливости рабочей жидюсти и злемеитовгидропривода,характеристики предохранительных клапанов
-
Результаты экспериментальных исследований нанатурномобразце КМУ нафуженности элементов конструкций стрел и их гидроприводов при пфеход-ных режимах работы.
-
Способ определения динамических нагрузок с учетом случайного харак-тфаотклонений отфедних величин массы фуза, скорости фузаи динамических усилий в гидроцилиндрах стрел.
-
Методика построения фузовысотной характфистики лесозаготовительной КМУдлятрех вариантов исполнения механизма поворота стрел.
Достоверность научных положений и выводов работы подтвфжцается сопоставлением результатов расчетов, выполненных на основе разработанных методик с результатами экспфиментов, динамических испьпаний натурного образца КМУ "Оинегорец-75", выполненных на испытательном стенде предприятия ЗАО "НК Уралтфминалмаш" (г. Миасс) с использованием современной аппаратуры.
Реализация работы. Разработанные подходы оценки нафуженности КМУ внедрены на предприятие ЗАО "НК Уралтерминалмаш". С использованием предложенных методик проведены расчеты и анализ динамических нафузок КМУ "Синегорец" фузоподъемностью 25,75,110,130,210 кН-м сучетом которых выполнены расчеты на прочность и разработана проектно-конструкторская документация. Таким образом, результаты настоящей работы внедрены во все КМУ марки "Синегорец", находящиеся в сфийном, опытном изготовлении и эксплуатации.
Апробация работы. Основные положения диссфтации были доложены и обсуждены:
на 1-м семинаре "Проблемы развития гидропривода в различных отраслях промышленности" (г. Новосибирск, Сибирский научно-исследовательский институт имени С.А. ЧАПЛЫГИНА) в 2003 г.;
на XXrV-й Российской школе "Наука и технологии" (г. Миасс) в 2004 г.;
на научном семинаре кафедр "СУ и ММ", "Автоматика и техническая механика" Миасского филиала ЮУрГУ в 2006 г.
Публикации. Основные положения диссертационной работы отражены в 7 публикациях, а также в стандарте предприятия "Краны-манипуляторы грузоподъемные. Нормы прочности" (ЗАО "НК Уралтерминалмаш").
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка использованной литературы из 105 наименований. Общий объем работы - 157 страниц машинописного текста, включая 48 рисунков, 16 таблиц и 3 приложения.
Характер рабочих процессов лесозаготовительных крано-манипуляторных установок
Древесина представляет собой весьма специфичный груз. Она бывает в виде щепы с малой объемной массой и в виде хлыстов и сортиментов с большой длиной. В состав круглых лесоматериалов входят различные сортименты (пиловочник, рудничная стойка, строительные бревна, бревна для столбов и т.д.). В соответствии с ГОСТ 9463-88 и ГОСТ 9462-88 длины этих сортиментов могут быть от 0,25 до 18 м. Больше всего (90%) в леспромхозах производят сортименты длиной от 4 до 6,5 м [8, 9].
В настоящее время для проведения лесосечных работ применяют два метода - сортиментный и хлыстовой [66, 90]. Хлыстовым методом заготавливается примерно 75% требуемой в мире древесины. Поваленные деревья трелюются на погрузочные площадки или к дороге для обрезки сучьев, после чего хлысты вывозят на лесопильные и обрабатывающие заводы. Централизованная обработка и сортировка уменьшает затраты и обеспечивает поставку хлыстов требуемой длины.
Сортиментный метод базируется на применение технологической цепочки, состоящей из двух машин харвестер и форвардер. Харвестер валит деревья, обрезает сучья, раскряжевывает и сортирует бревна (сортимент) и укладывает по заданным длинам. Затем бревна подбираются самозагружающимся форвар-дером, который вывозит их к лесовозной дороге. Высокая производительность, хорошая маневренность применяемых машин и меньший экологический ущерб, наносимый окружающей среде, увеличивают популярность сортиментного метода.
В сортиментном и хлыстовом методах используются различные машины, оборудованные специальными лесозаготовительными КМУ. Условия эксплуатации таких КМУ существенно влияют на их нагруженность, делая эксплуатацию более напряженной по сравнению с универсальными КМУ. В результате лесозаготовительные КМУ типа имеют большую на 10-15% собственную массу при том же типоразмере [30, 31].
Основные элементы конструкции КМУ и их назначение рассмотрим на примере лесозаготовительной КМУ "Синегорец-75" серийно выпускаемой ЗАО "НК Уралтерминалмаш" (рис. 1.2). Выносные опоры (аутригеры) 12 предназначены для разгрузки базового транспортного средства во время работы КМУ и обеспечения необходимой поперечной устойчивости. Балка опор является основанием колонны и крепится к раме базового транспортного средства. Поворотная колонна 2 соединена с основанием 1 при помощи поворотного устройства с зубчатыми рейками. Поворот колонны 2 осуществляется гидроцилиндрами поворота 11. В поворотном устройстве находятся амортизаторы (гидравлические демпферы) для плавного торможения колонны в крайних положениях. Подъемная стрела 3 шарнирно соединена с колонной 2. Вращение стрелы 3 относительно колонны происходит с помощью гидроцилиндра подъемной стрелы 10. Выносная стрела 6 соединена с подъемной стрелой 3 при помощи шарнир-но-рычажной системы, состоящей из качалки 4 и шатуна 5. Вращение выносной стрелы 6 относительно подъемной стрелы 3 обеспечивается гидроцилиндром выносной стрелы 9 через качалку и шатун. Внутри выносной стрелы 6 расположена телескопическая стрела 7, которая перемещается по направляющим гидроцилиндром стрелы. Грейферный захват 8 предназначен для работы с различными видами древесины (хлысты, сортименты).
Все стрелы КМУ имеют коробчатое сечение и выполнены из сваренных в "коробку" гнутых тонкостенных профилей с местным усилением конструкции в местах шарнирных сочленений. Гидросистема КМУ обеспечивает плавное изменение скорости выполнения рабочих операций и имеет защиту от перегрузки в виде предохранительных клапанов. Управление осуществляется с пульта, расположенного на поворотной колонне рядом с сиденьем оператора.
На предприятие ЗАО "НК Уралтерминалмаш" было разработано техниче-ское решение, позволяющее механизировать процесс перевода аутригеров из транспортного положения в рабочее и наоборот. Аутригер содержит шарнирно подвешенную на основании поворотную стойку с выдвижной пятой в виде гидроцилиндра двухстороннего действия. Механизм перевода стойки аутригера из транспортного положения в рабочее и наоборот выполнен по кривошипно-шатунной схеме. Возвратно-поступательное перемещение штока с помощью рычажной системы преобразуется во вращательное движение стойки аутригера. Данное техническое решение защищено патентом №2116210 [102] и реализовано в опытных образцах КМУ "Синегорец-75", установленных на транспортных средствах.
КМУ характеризуется грузоподъемностью (масса максимального поднимаемого груза), грузовым моментом (произведение массы груза на вылет стрелы), вылетом стрел (расстояние от оси вращения колонны до оси грузозахватного органа) и режимом работы. Для КМУ характерна работа при повторно кратковременных включениях, при которых грузозахватный орган, стрелы и груз совершают периодические поступательно-возвратные движения, а механизмы последовательно реверсируются. Кроме периодов работы механизмов имеются периоды пауз, в течение которых механизмы не работают. Это время используется для загрузки и разгрузки грузозахватного органа.
Каждое рабочее движение КМУ, можно разделить на период неустановившегося движения, в течение которого происходит разгон (период пуска) или торможение (период останова) поступательно движущихся и вращающихся масс, а также период движения с постоянной скоростью (период установившегося движения). Возникающие в КМУ упругие колебания при разгоне или торможение механизмов с течением времени затухают. Медленное затухание упругих колебаний после снятия вынуждающей силы или момента неблагоприятно влияет на работоспособность конструкции.
Экспериментальное определение грузовысотной характеристики
Основополагающие работы В.И. Брауде [11-13], А.А. Вайнсона [15, 16], Д.П. Волкова [20-22], М.М. Гохберга [27, 88], С.А. Казака [51-53] и СП. Тимошенко [87] посвящены разработке теоретических основ динамики рабочих процессов в области краностроения и экскаваторостроения. В этих исследованиях при рассмотрении динамических нагрузок в качестве расчетных схем использовались системы сосредоточенных масс, соединенные упругими невесомыми связями. Было установлено, что требованиям инженерной точности вполне удовлетворяют трех- и четырехмассовые расчетные схемы [15-16, 27].
В "СибАДИ" разработаны методические подходы и программа аналитического проектирования экскаваторов [84, 85]. Динамические процессы при разгоне и торможении рабочего органа экскаватора приводились к динамике материальной точки, совпадающей с поршнем гидроцилиндра и обладающей приведенной массой рабочего органа. Приведение осуществлялось из условия равенства кинетических энергий приведенной массы и рабочего органа. Исследованиям вынужденных колебаний гидроцилиндра стрелы экскаватора с учетом некоторых особенностей гидропривода посвящены работы [18, 19, 23, 82, 83, 89, 96].
Особенностям применения метода конечного элемента в процессе проектирования экскаваторов посвящены работы К. Круля [57, 58]. При расчете нагрузок и напряженно-деформированного состояния конструкции использовались несколько моделей плоская модель, состоящая из балочно-стержневых элементов и объемная, состоящая из объемных и пластинчатых элементов.
Особенности конструкций стрел и их гидроприводов не позволяют полностью распространить на КМУ результаты теоретических и экспериментальных исследований нагруженности кранов и экскаваторов. В то же время существующие результаты зарубежных исследований в области нагруженности КМУ для нас недоступны. Таким образом, очевидна необходимость более глубоких исследований и разработки новых методов расчета нагруженности КМУ.
Условия эксплуатации лесозаготовительных КМУ характеризуются рядом особенностей, определяющих своеобразие подхода к решению некоторых вопросов теории их расчета. В изучение дерева как предмета труда существенный вклад внесли Г.К. Виногоров [17] и А.П. Полищук [69]. В указанных работах дерево рассматривалось как некоторый абсолютно жесткий конус [67] или твердое неупругое тело, размеры которого при движении не изменяются [60]. В работах, посвященных трелевке и пакетированию деревьев, дерево исследуется как упругое тело с массой, распределенной по всей его длине.
В работе В.А. Александрова [2] при рассмотрении динамики трелевочного трактора с КМУ было выдвинуто предположение о возможности замены распределенной массы дерева единой сосредоточенной массой, приведенной в центр его тяжести. Дальнейшие экспериментальные исследования подтвердили приемлемость такого допущения. Замена распределенной массы дерева одной сосредоточенной дает возможность значительно упростить расчетную схему механической системы КМУ-дерево.
Вопросам взаимодействия КМУ с предметами труда посвящено небольшое число работ. Наиболее значительны, с точки зрения исследования переходных процессов в технологическом оборудовании, работы В.А. Александрова [2-5], А.А. Вайнсона [16], Д.П. Волкова [20-22], А.В. Жукова [42-44], В.Ф. Кушляева [60] и С.Ф. Орлова [67]. Полученные в этих работах экспериментальные данные позволяют утверждать, что для лесозаготовительных КМУ наиболее тяжелыми режимами работы являются переходные. Поэтому всестороннее их исследование имеет важное практическое значение. В этих работах при определении динамических колебаний нагрузок КМУ рассматривалась как линейно-упругая система. Реальная конструкция сводилась к системе сосредоточенных масс, связанных невесомыми упругими связями. При этом не учитывались особенности работы гидросистемы КМУ (срабатывание предохранительных клапанов и перетечки рабочей жидкости), определяющие максимальные нагрузки, возникающие в упругих связях при переходных режимах работы. Таким образом, с учетом различного рода нелинейностей, вызванных сопротивлениями элементов конструкции, КМУ с грузом целесообразно рассматривать в некоторых случаях как нелинейно-упругую систему
В связи с тем, что не все технологические операции связаны с возникновением опасных динамических нагрузок для конструкций КМУ в работах В.А. Александрова [2-5] рассматривались только операции, создающие наиболее тяжелые режимы нагружения. В режиме торможения при подъеме дерева подъемной стрелой коэффициент динамичности, характеризующий нагружение конструкции упругими колебаниями, составил Кд =1,10-1,45 (при подъеме за комель) и Кд =1,16-1,53 (при подъеме за вершину). По экспериментальным данным были выделены колебания двух, трех основных частот, соответствующие колебаниям дерева, стрелы КМУ и транспортного средства, на котором установлена КМУ.
Особенность работы лесозаготовительных КМУ заключается в возможности одновременного захвата и погрузки нескольких деревьев. Результаты экспериментов, приведенные в работе [4] показали, что при захвате одного дерева и при захвате нескольких деревьев колебательный характер и величина нагрузки одинаковы во всех случаях, т.е. груз из двух, трех деревьев колеблется как единое целое.
Работы А.В. Жукова [42-44] посвящены исследованию нагруженности КМУ, работающих с древесиной (хлысты, сортимент). Отмечено, что величина коэффициента динамичности по изгибающему моменту зависит от вида работ с древесиной и составляет при подтаскивании Кд = 1,2 -1,3, при подъеме Кд = 1,15 -1,50 и при опускании Кд=2,0-2,5. Наибольшее значение коэффициента достигались в случае опускания.
Исследованию влияния податливостей рабочей жидкости и элементов гидропривода, утечек в гидросистеме, характеристик предохранительных клапанов на уровень динамической нагруженности конструкции посвящены работы З.К. Емтыля, М.В. Склемина, А.П. Татаренко [35 41]. В этих работах динамические процессы при разгоне и торможении сводились к переходным процессам гидропривода с приведенными нагрузками. Такой подход применяется при исследовании нагруженности гидропривода, но не позволяет проводить подробный анализ нагруженности конструкций стрел.
Конечно-элементная модель случая горизонтальных нагрузок
Размеры зон определяются соотношениями длин стрел и допустимыми углами поворота подъемной и выносной стрел. Зона I находится в верхней части рабочей области. Этой зоне соответствует конфигурация стрелы, при которой оси подъемной и выносной стрел параллельны, т.е. угол Р = 0. Зона II расположена в средней части рабочей области. Этой зоне соответствует конфигурация с неподвижной подъемной стрелой, расположенной под углом максимального грузового момента относительно горизонтали. Величина этого угла, как правило, составляет 15-20. Зона III находится в нижней части рабочей области. Этой зоне соответствует конфигурация стрелы с полностью выдвинутой телескопической стрелой. Зона IV расположена в центральной части рабочей области. Этой зоне соответствует конфигурация стрелы с полностью втянутой телескопической стрелой.
Задача определения грузовысотной характеристики сводится к построению внутри рабочей области линий грузоподъемности для дискретных значений масс груза. Поэтому в пределах каждой из описанных выше зон, варьируя с необходимой частотой дискретизации значениями массы поднимаемого груза, подбираются с помощью нижеприведенных аналитических зависимостей пространственные положения грузозахватного органа в системе координат XOY связанной с КМУ (рис. 2.1). В дальнейшем, соединяя, найденные таким образом точки получаем графическое изображение грузовысотной характеристики (рис. 2.3).
Грузоподъемность КМУ определяется на основе математической модели, состоящей из уравнений равновесия моментов подъемной и выносной стрел
Грузоподъемности, обеспечиваемые гидроцилиндрами подъемной и выносной стрел различны. Грузоподьемность КМУ в целом равна наименьшей. В противном случае произойдет неконтролируемое опускание стрелы, т.к. необходимое удерживающее усилие превысит максимально развиваемое в одном из гидроцилиндров стрел.
С учетом принятых допущений разработана программа определения гру зовысотной характеристику лесозаготовительной КМУ для трех вариантов исполнения механизмов поворота стрел (гидроцилиндр, гидроцилиндр совместно с качалкой и шатуном, гидроцилиндр совместно с шарнирно-рычажной системой).
В программе, варьируя с необходимой частотой дискретизации значениями массы поднимаемого груза, последовательно по зонам для соответствующих конфигураций стрел подбираются углы поворота стрел и выдвижение телескопической стрелы с учетом условий равновесия стрел и срабатывания предохранительных клапанов.
Достоверность методики расчета грузовысотной характеристики подтверждалась экспериментальным определением грузовысотной характеристики КМУ "Синегорец-25". С использованием предложенной методики были определены грузовысотные характеристики КМУ "Синегорец" грузоподъемностью 25,75, ПО, 130, 210 кН-м.
Экспериментальное исследование грузоподъемности проводилось на специально разработанном и изготовленном испытательном стенде, показанном на рисунке 2.4. В качестве объекта испытаний использовалась КМУ "Синегорец-25", имеющая следующие технические характеристики: тип КМУ - общего назначения; рабочий орган - крюк; грузовой момент 25 кН-м; наибольший вылет стрелы 6 м; масса груза на максимальном вылете 400 кг; собственная масса КМУ 650 кг.
В исходном положении перед испытаниями КМУ механически закреплялась на технологической подставке, жестко зафиксированной на силовом полу испытательного бокса. Для задействования гидросистемы использовался насосный агрегат питания (НАП), с приводом от асинхронного электродвигателя мощностью 7,5 кВт, со скоростью вращения выходного вала 1500 об/мин. Насое с рабочим объемом 11,6 см3 обеспечивал на входе в гидросистему испытуемого объекта постоянный расход рабочей жидкости 17 л/мин.
Для измерения, контролировавшихся в процессе испытаний, параметров на КМУ была смонтирована контрольно-измерительная аппаратура и соответствующие датчики. В ходе испытаний измерялись: угол расположения подъемной стрелы; угол выносной стрелы; вылет телескопической стрелы. Переменные геометрические характеристики конструкции измерялись универсальными мерительными инструментами (угломер, отвес, рулетка). Для подвески груза на крюке использовалась подвеска ВУ 9931-090 или строп. Грузовысотная характеристика определялась для трех мерных грузов массой 467, 680 и 1000 кг.
Испытания проводились в соответствии с разработанной методикой испытаний в следующем объеме: "прокачивание" гидросистемы рабочей жидкостью путем перемещения стрел КМУ без груза; перемещение мерного груза. Каждое испытание повторялось не менее трех раз.
Испытания выполнялись последовательно по зонам рабочей области. В исходном положении, для выбранного мерного груза, обеспечивалась конфигурация стрелы КМУ, соответствующая зоне. В зонах I, И, IV последовательно с шагом дискретизации 10 изменялся угол расположения подъемной стрелы, а в зоне III изменялся угол расположения выносной стрелы. Затем, подбирался угол выносной стрелы (зона III, IV) или выдвижение телескопической стрелы (зона I, II), обеспечивающие подъем мерного груза подъемной стрелой. Таким образом, определялся максимально возможный вылет стрел КМУ, при котором возможен подъем груза.
При испытаниях в зоне IV увеличение высоты монтажа КМУ обеспечивалось посредством установки технологической подставки на имеющиеся в боксе опорно-силовые и технологические подставки и монтажом всей сборки около технологической ямы испытательного бокса, глубиной до 3 м. Применение вместо грузовой подвески двух строп позволило частично преодолеть ограничения по высоте в зонах III, IV.
Средства измерения и измеряемые параметры
Динамические нагрузки в упругих связях КМУ имеют вероятностную природу т.к. зависят от разбросов нескольких случайных параметров. Таким образом, при оценке нагрузок целесообразно применять вероятностные подходы.
При выполнении расчетов параметры, влияющие на динамические нагрузки, берутся в их наихудшем сочетании и по максимальным величинам. Так в случае действия вертикальных динамических нагрузок (опускание и торможение груза стрелой) в качестве исходных данных используются максимально возможные значения скорости опускания груза, массы груза, а также максимальные силы сопротивления в гидроцилиндрах, соответствующие резкому торможению с бросанием ручки управления золотником.
Реализация крайних случаев нагружения может быть охарактеризована как редкое событие. Это обусловлено тем, что такие параметры как скорость опускания груза, масса груза, силы со стороны гидроцилиндров при торможении груза являются случайными величинами. Редкое событие характеризуется малой вероятностью его появления. Это соответствует избыточной большой вероятности не превышения нагрузки, рассчитанной по максимальным значениям влияющих на ее параметров.
Определить величину вероятности в общем случае весьма сложно, т.к. необходимо знать закон распределения и функцию распределения вероятности. В общем случае математическое ожидание и среднеквадратическое отклонение нагрузки могут быть определены в результате расчета на ЭВМ процесса нагружения за время одного типового цикла работы КМУ. Для расчета нагрузок по типовому циклу необходимо использовать соответствующую математическую модель, а полученные реализации обработать статистически. При определении числовых характеристик нагрузок КМУ требуется проведение большого объема вычислительных работ. Кроме этого, для выполнения расчетов необходимы данные по типовому циклу работ КМУ. Разработанный способ вероятностной оценки нагрузок, когда усилие или момент выражается аналитической зависимостью от нескольких случайных параметров, заключается в том, что величина нагрузки выражается в следующем виде где MjpjM p - масса груза, масса стрел статически приведенные к грузу; V - скорость груза перед торможением; L - максимальный вылет стрел; С 89 приведенная к грузу жесткость от сил сопротивления в гидроцилиндрах; v = (м + Мстр УІМц, + АМстр); АМстр - динамически приведенная к грузу масса стрел.
Приведенная жесткость определяет темп торможения груза. При плавном торможении жесткость мала и груз с малым ускорением опускается до полной остановки. При резком торможении динамические силы сопротивления в гидроцилиндрах, а следовательно, и жесткость увеличиваются, достигая максимальных величин при резком торможении с бросанием ручки управления.
Матожидания скорости груза и динамических усилий в гидроцилиндрах стрел определяются расчетным путем с соответствующим варьированием влияющих на них параметров. Для скорости путем изменения расхода рабочей жидкости. Для динамических усилий в гидроцилиндрах стрел путем изменения темпа торможения.
Диапазоны изменения параметров (скорости груза в момент торможения, силы сопротивления в гидроцилиндрах при торможении опускаемого груза на максимальном вылете) отражают влияние допусков настроек гидроаппаратуры (дросселей ограничителей расходов, предохранительных клапанов), а также скорости перемещения золотника гидрораспределителя из крайнего положения в нейтральное.
Также эти матожидания могут быть определены экспериментально. Диапазоны изменения и математические ожидания динамических усилий в гидроцилиндрах стрел можно определить на динамических испытаниях, изменяя темп торможения стрел и замеряя ускорение и перемещение груза. Аналогично можно определить реальные разбросы скорости груза перед торможением. Разброс величины массы груза, поднимаемого на максимальном вылете, можно определить только набором статистики.
В общем случае функция нагрузки F(xl,x2,...xn) имеет нелинейную зависимость от случайных параметров КМУ хх,х2,...хп. Полагая случайные величины независимыми, дисперсию нагрузки можно определить по правилу линеа 90 ризации функции случайных величин, используя разложение в ряд Тейлора с сохранением только линейных членов (первого порядка)
