Введение к работе
Актуальность работы. Количество гидрофицированных машин в парке мобильных грузоподъемных средств имеет неуклонную тенденцию роста. Гидрофикация опорного контура и телескопических стрел самоходных кранов существенно расширяет их эксплуатационные возможности в части маневренности грузом, быстроты позиционирования, расширения зоны обслуживания.
В то же время сравнение грузовысотных характеристик и показателей надежности как отечественных, так и зарубежных крановых установок оказывается не в пользу гидрофицированных машин. В наибольшей степени это относится к самоходным кранам с телескопической стрелой. Параметры силовых гидроцилиндров этих машин, в том числе весовые, существенно ухудшают грузовысотную характеристику и показатели надежности. Их совершенствование сдерживается недостаточным развитием комплексного метода расчета несущих крановых конструкций, включающих гидроцилиндр, как часть системы, так как:
отсутствует универсальный метод расчета гидроцилиндров, позволяющий контролировать основные составляющие вектора напряженно-деформированного состояния с учетом взаимодействия с сопрягаемыми элементами металлоконструкции;
не установлено влияние параметров деформирования металлоконструкции опорного контура и стрелы на нагруженность гидроцилиндров;
не в полной мере используются базы данных по материалам, условиям нагружения и т.п. в задачах проектирования гидроцилиндров, в том числе с заданным уровнем надежности.
Перечисленное указывает на острую необходимость совершенствования методов проектирования силовых цилидров с целью обоснования параметров, отвечающих требуемому уровню надежности при снижении массы.
Исходя из сказанного следует, что тема диссертации является актуальной.
Целью работы является синтез силовых гидроцилиндров строительных кранов путем формализации варьируемых параметров на базе универсального метода расчета, отвечающих требуемому уровню надежности при снижении массы.
Для достижения поставленной цели необходимо в числе других
решить следующие задачи:
разработать математическую модель гидроцилиндра, устанавливающую взаимосвязь между многомерным вектором напряженно-деформированного состояния в сечениях и условиями нагружения, отражающими степень взаимодействия элементов между собой, гидроцилиндра в целом с металлоконструкцией и опорными устройствами, позволяющую использовать результаты экспериментальных исследований в тех звеньях, где сегодня отсутствуют подходы к аналитическим решениям и максимально приспособленную для реализации на ПЭВМ;
провести экспериментальные исследования по определению жесткостных характеристик узлов сочленения с варьированием материалов и формализации характеристик;
установить закономерности формирования нагрузок на гидроцилиндры аутригеров в опорном контуре строительных кранов и гидроцилиндры телескопирования с учетом деформируемости элементов металлоконструкции, опорных устройств и основания;
разработать методику и получить аналитические зависимости для формализации и оценки конструктивных параметров, в том числе весовых, и параметров надежности, обеспечивающих их рациональное сочетание;
построить схему синтеза силовых гидроцилиндров и разработать технологию их производства, отвечающих требованиям минимальной массы при заданном уровне надежности.
В качестве объекта исследования приняты гидроцилиндры стреловых самоходных кранов на спецшасси автомобильного типа и автомобильных кранов с телескопическими стрелами.
Идея работы состоит в использовании для совершенствования гидроцилиндров аналитического метода, дополненного результатами экспериментальных исследований, базирующегося на конечноэлемент-ном подходе и позволяющего моделировать на ЭВМ процесс нагружения с варьированием влияющих факторов и выбором рациональных решений на основании вариантного проектирования.
Методы исследования заключаются в разработке математической модели гидроцилиндра на базе конечноэлементного подхода, проведении экспериментальных исследований, результаты которых вводятся в математическую модель в качестве функции связи между варьируемыми параметрами. Достижение поставленной в диссертации цели осуществлялось на базе комплексных теоретических и экспериментальных
исследований. В разработанной схеме синтеза гидроцилиндра использованы законы механики деформируемого твердого тела для установления закономерностей формирования нагрузок на элементы опорного контура, элементы теории надежности, теории размерностей, программирование на ПЭВМ. Экспериментальные исследования проводились на специально созданных установках и приспособлениях с применением современной регистрирующей аппаратуры, в том числе ЭВМ.
Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна:
разработана математическая модель гидроцилиндра, устанавливающая взаимосвязь между многомерным вектором напряженно-деформированного состояния в сечениях и условиями нагружения, отражающими степень взаимодействия элементов между собой, гидроцилиндра в целом с металлоконструкцией и опорными устройствами, максимально приспособленная для реализации на ЭВМ и пакет программ;
установлены закономерности формирования нагрузок на гидроцилиндры аутригеров в опорном контуре стреловых самоходных кранов и гидроцилиндры телескопирования с учетом деформируемости элементов металлоконструкции и опорных устройств;
разработана методика и получены аналитические зависимости для расчета и оценки конструктивных параметров, в том числе весовых и параметров надежности, обеспечивающих рациональное их сочетание;
экспериментально установлены закономерности деформирования гидроцилиндров в функции поперечной нагрузки при статическом наг-ружении и в функции числа ходов при циклическом нагружении;
разработана и апробирована безотходная технология производства композитных гидроцилиндров.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций доказана предварительным анализом современного состояния методов расчета гидроцилиндров на прочность, устойчивость и надежность, применением современных математических методов с использованием ЭВМ и подтверждена удовлетворительной сходимостью теоретических результатов с известными ранее и полученными в ходе выполнения работы экспериментальными данными (отклонение не превосходит 15 проц.). внедрением рекомендаций работы.
Нэдчное значение работы состоит в разработке метода синтеза силовых гидроцилиндров путем формализации максимального количест-
ва варьируемых параметров на базе конечноэлементной модели.
Практическое значение работы состоит.в установлении возможности снижения весовых характеристик гидроцилиндров, в том числе при применении композитных материалов. Промышленное внедрение элементов гидроцилиндров из композитных материалов вписывается і программу конверсии промышленных предприятий, выпускающих аналогичные изделия.
Реализация резильталюе. Полученные в ходе выполнения работі практические предложения по совершенствованию гидроцилиндров использованы в хоздоговорных работах 83-792, 86-395, внедрены на П( "Завод им. Январского восстания" (г. Одесса) при разработке и испытании кранов КС-6371, КС-6472, а также на кафедре "Подъемно-транспортные машины и оборудование" Тульского государственноп университета; методические материалы используются в дипломної проектировании.
Лпробаиия работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры "Подъемно-транспортные машины и оборудование" Тульского политехнического института, научно- технической конференции Тульского государственноп технического университета (1991-95 г.), технического совета -Пі "Завод им. Январского восстания" (г.Одесса), международной конференции "Актуальные проблемы фундаментальных наук" (1992 г. МГТі им. Н.Э.Баумана, г.Москва), международной научно-технической кон ференции " Проблемы повышения качества машин"(1994 г. БИТМ, г Брянск). Полностью диссертация доложена на заседании кафедры ПТ1 и 0 12.02.96.
Пмбликаиии. По материалам исследований опубликовано 8 ста тей. в которых изложены основные положения диссертации, подан, заявка на патент.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав заключения, содержит 198 страниц машинописного текста, включая 2 таблиц, 67 рисунков, списка литературы из 104 наименований, при ложения.