Содержание к диссертации
ВВВДЕНИЕ 5
I. ОБЗОР И АНАЖЗ КОНСТРУКЦИЙ И ИССЛЕДОВАНИЙ РАМНЫХ И РАМНО-БАШЕННЫХ ГОРТАЛОВ Ю
1.1. Типы конструкций рамных и рамно-башенных порталов 10
1.2. Требования к порталам 14
1.3. Применяемость различных типов конструкций рамных и рамно-башенных порталов 17
1.4. Обзор и анализ исследований рамных и рамно-башенных порталов и обоснование постановки задачи настоящего исследования 20
1.4.1. Внешние силовые воздействия на металлические конструкции порталов 20
1.4.2. Определение вертикальных давлений на опоры четырех опорных порталов 24
1.4.3. Определение жесткости портала 25
1.4.4. Методика силового расчёта порталов 26
1.4.5. Оптимальное проектирование порталов и их сравнительная эффективность 29
1.4.6. Постановка задачи настоящего исследования 33
П. РАЗВИТИЕ МЕТОДИКИ И АНАЖЗ РЕЗУЛЬТАТОВ СИЛОВОГО РАСЧЁТА
НЕКОТОРЫХ ТИТОВ РАМНЫХ ГОРТАЛОВ 35
2.1. Анализ результатов расчёта оптимально спроектированных рамных порталов 35
2.1.1. Расчёты двухстоечного портала 36
2.1.2. Расчёты четырехстоечного портала 44
2.1.3. Выводы по результатам расчётов
2.2. Методика и анализ результатов силового расчёта рамных порталов с А-образными стойками 56
2.2.1. Методика силового расчёта 56
2.2.2. Методика расчётного определения вертикальной жесткости портала 66
2.2.3. Результаты расчёта для, портала крана "Фламингоп 68
2.2.4. Выводы по результатам расчётов 70
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИ НЕОБРЩЕЛШШХ РАМНЫХ ДВУХ СТОЕЧНЫХ НА ОСНОВЕ ИХ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ОПТИМАЛЬНОЙ ФОРМЫ 72
3.1. Состояние вопроса, общая постановка задачи и допущения 72
3.2. Теоретическая оптимальная форма плоских элементов статически неопределимых порталов 76
3.3. Теоретическая оптимальная форма рамного двухстоечного портала
3.3.1. Постановка задачи 85
3.3.2. Загружение силой М 88
3.3.3. Загружение силами группы I 93
3.3.4. Загружение силами групп П,Ш,1У 98
3.3.5. Оптимизация портала при суммарном загружении силами ЛГиН 102
ІУ. ОПТИМАЛШОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАМНЫХ И РАМНО-БАШЕННЫХ
ПРИ ОГРАНИЧЕНИЯХ ЖЕСТКОСТИ 107
4.1. Состояние вопроса и постановка задачи 107
4.2. Алгоритм оптимального проектирования порталов заданной жесткости 112
4.2.1. Проектирование двухстоечного портала 114
4.2.2. Проектирование рамно-башенного портала 1
4.3. Реализация алгоритма на ЭВМ 121
4.4. Сравнительная эффективность типов порталов при ограничении по жесткости 126
Основные выводы 128
Литература ISO
Таблицы и иллюстрации 140
Приложение I. Программа проектировочного расчёта двухстоечного портала заданной жесткости 227
Приложение 2. Программа проектировочного расчёта рамно-башенного портала заданной жесткости 2
Введение к работе
Одной из важнейших задач экономики социалистических стран является повышение эффективности и качества продукции машиностроения при одновременном снижении ее металлоемкости и себестоимости. В принятых на ШТ съезде КПСС "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года" [57] выдвигаются задачи"... на основе использования достижений науки и практики повышать в оптимальных пределах единичные мощности машин и оборудования при одновременном уменьшении их габаритов, металлоемкости, энергопотребления и снижении стоимости на единицу конечного полезного эффекта;... создавать принципиально новые виды транспортных средств, а также транспортные энергосиловые установки, обеспечивающие существенное сокращение расхода топлива и энергии;.... разработать и осуществить систему мероприятий по снижению удельной металлоемкости машин и оборудования и существенному сокращению отходов и потерь металлопродукции за счёт совершенствования конструкций машин и оборудования". В утвержденных в 1982 году У съездом Коммунистической партии Вьетнама "Основных направлениях, задачах и целях экономического и социального развития на 1981-85 гг. и на 90-е годы" указывается на необходимость "постоянно уделять особое внимание повышению производительности труда, уменьшению материальных затрат, снижению себестоимости, повышению качества и эффективности" [78] .
В решении этих задач значительное место принадлежит оптимизации параметров подъемно-транспортных машин. Оптимальной конструкцией или вариантом машины следует признать такие, для которых отношение народно-хозяйственного эффекта к народнохозяйственным затратам имеет наибольшее значение. Иными словами, требуется, чтобы при прочих равных условиях, при минимуме суммы стоимости машины и стоимости ее эксплуатации обеспечивался максимум ее отдачи по функциональному назначению [бб] .
Оптимизация параметров рассматриваемых в целом крупных и сложных подъемно-транспортных машин, какими являются портальные краны, представляет собой чрезвычайно сложную, многокритериальную и многопараметрическую задачу, комплексное решение которой весьма затруднительно. Для разработки путей решения задачи оптимизации портального крана в целом необходимо вначале решить аналогичные задачи для каждого из крупных узлов крана, прежде всего, для его основных металлических конструкций, масса которых для портальных кранов составляет до 10% массы крана. Известно, что оптимальный комплекс, вообще говоря, не является простым сочетанием его оптимальных элементов [7l] . Однако решение задачи оптимизации для каждого крупного элемента крана в отдельности является необходимым предварительным этапом для постановки и решения задачи оптимизации параметров крана в целом.
Важное место в общей проблеме оптимального проектирования портального крана занимают задачи параметрической и структурной оптимизации крановых порталов, масса которых составляет (30...40$) массы всех металлических конструкций портальных кранов.
В исследованиях кафедры подъемно-транспортных машин (ПТМ) Ленинградского политехнического института имени М.И.Калинина (ЛЕИ) в течение последних 20-ти лет решены многие важные вопросы напряженного состояния,устойчивости элементов, силового и прочностного расчёта и оптимального проектирования порталов. Создана методика определения опорных давлений порталов с учётом жесткости портала и неровностей подкрановых путей [ЗД9] . Проведены тензометрические исследования металлических моделей порталов различных типов [34, 35,3б] . Создана методика расчёта металлических конструкций рамных порталов как пространственных статически неопределимых систем [37,45J . Выявлена номенклатура перспективных типов порталов и разработана методика их оптимального проектирования на ЭВМ при размерах сечений,линейно изменяющихся по длинам участков. Проанализирована сравнительная эффективность перспективных типов порталов грейферных и монтажных кранов при ограничениях по прочности, местной устойчивости, сопротивлению усталости, конструктивным и технологическим требованиям [37,45] . В исследованиях Ленинградского института водного транспорта [50] установлены вероятностные параметры эксплуатационных нагрузок порталов грейферных кранов.
Однако остается еще целый ряд вопросов оптимального проектирования рамных и рамно-башенных порталов, представляющих интерес для науки и практики. Некоторые из этих вопросов рассматриваются в настоящей диссертационной работе, которую следует считать продолжением и развитием исследований кафедры ПГМ ЛТШ имени М.И.Калинина.
Диссертационная работа состоит из четырех глав, основных выводов, списка литературы и приложений.
В главе I дается обзор и анализ конструкций и исследований рамных и рамно-башенных порталов. Рассмотрены основные типы конструкций таких порталов, приведена их классификация. Перечислены конструктивные, технологические и эксплуатационные требования к порталам. Приводятся данные о применяемости различных типов рамных и рамно-башенных порталов на портальных кранах, спроектированных в последние десятилетия в СССР и других странах. Дан обзор и анализ исследований рамных и рамно-башенных порталов, касающихся внешних силовых воздействий на порталы, определения вертикальных давлений на их опоры, определения жесткости порталов, методики их силового расчёта, оптимального проектирования порталов различных структур и их срав - 8 нительной эффективности. В конце главы в сжатой форме дается постановка задачи настоящего исследования.
В главе 2 дан анализ результатов расчёта статически неопределимых рамных двухстоечных и четырехстоечных порталов, оптимально спроектированных по методике, ранее разработанной на кафедре ЕГМ ЛЕИ с введением целого ряда допущений. В основе этой методики лежат так называемые "плоские расчётные схемы", предложенные В.Я.Не-доводеевым [37,45] . В главе 2 приведены и проанализированы результаты контрольных расчётов порталов по полным пространственным расчётным схемам. Изучено соответствие внутренних силовых факторов их значениям, которые принимались при проектировании; исследован уровень напряжений в характерных сечениях рам порталов и их соответствие допускаемым напряжениям. Кроме того, в главе 2 изложена методика силового расчёта одной из характерных конструкций рамных порталов - двухстоечного портала с А-образными стойками и дан анализ результатов расчёта применительно к порталу крана "Фламинго" фирмы "Кранбау Эберсвальде" (ГДР). На базе разработанной методики определена вертикальная жесткость этого портала.
В главе 3 излагается разработанная автором методика оптимального проектирования статически неопределимых рамных двухстоечных порталов на основе их теоретической оптимальной (по массе) формы. Приводится определение теоретической оптимальной формы плоских элементов статически неопределимых порталов (балок и рам). Сделаны выводы о том, при каких условиях теоретическая оптимальная форма статически неопределимой конструкции является равнопрочной. Рассмотрена задача о нахождении теоретической оптимальной формы рассматриваемой пространственной конструкции портала как при отдельных частных нагружениях, так и при нагружении портала всей системой внешних силовых воздействий.
В главе 4 приведена методика и дается анализ результатов оптимального проектирования рамных двухстоечных и рамно-башенных порталов при ограничениях по вертикальной жесткости. Разработаны алгоритмы оптимального проектирования таких порталов заданной жесткости, реализованные на ЭВМ в виде программ, приводимых в приложениях к диссертации. Получены данные о сравнительной эффективности этих порталов при заданной жесткости, соответствующей жесткости оптимальных четырехстоечных порталов. Представляется, что эти данные являются существенными для обоснованного решения вопроса о границах рационального применения того или иного типа портала.
Отладка вычислительных программ и расчёты на ЭВМ "Наири-2" производились в учебно-вычислительной лаборатории механико-машиностроительного факультета ЛБИ имени М.И.Калинина. Оригиналы печати ЭВМ находятся у автора, а некоторые изних для примера приводятся в диссертации.
Все рисунки и таблицы даны за основным текстом, после списка литературы.
Автор выражает благодарность студентам-дипломникам кафедры ЕГМ ЖШ имени М.И.Калинина, ныне инженерам С.Л. Белоногу, В.А.Кар-баинову и Ю.Г.Токареву за помощь в разработке отдельных частных вопросов диссертации.
