Техника

ТЕХНИКА

, С. Нураков, ,

Определение оптимальных параметров металлоконструкции подъёмника

сопряженно-рычажного типа

(Евразийский национальный университет им. , г. Астана, Казахстан)

( Томский государственный архитектурно-строительный университет, г. Томск, Россия)

Работа над созданием оптимизированного ножничного подъемника, выявила ряд мало исследованных направлений в

расчетах возникающих усилий, как для общей схемы подъемников такого типа, так и для частной. Анализ методик

определения усилий в металлоконструкции подъемника сопряженно-рычажного (ножничного) типа определил круг

основных способов расчета. Расчет схемы (рис.1) методом вырезания узлов является статически определимой задачей,

позволяющий составить матрицу жесткости, которую можно описать как подпрограмму для ЭВМ. Но расчет данной

схемы как плоской фермы, не дает нам реально возникающих нагрузок, поскольку большим количеством шарнирных

соединений пренебрегаем. Опишем в общем виде уравнениями четыре верхних узла, для остальных узлов уравнения

аналогичные (1).

Рис.1. Расчетная схема №1

, С. Нураков, ,

Эксплуатация техники в условиях резкоконтинентального климата предъявляет к

проектированию новой техники более жёсткие требования, как с точки зрения эксплуатации

несущих элементов металлоконструкций, так и эксплуатации механизмов. При обустройстве и

эксплуатации нефтяных и газовых месторождений, а так же при монтаже, обслуживании и

ремонте высоковольтных линий электропередач возникает необходимость применения

автомобильных вышек с высотой подъёма рабочей площадки до 30 м. К настоящему времени

известен автомобильный подъёмник, ножничного типа, с высотой подъёма рабочей площадки

32 м (рис.2).

Рис.2. Модель №1

Спроектированный подъёмник предназначен для установки его на любые подходящие базы

автомобилей и спецтехники, при учёте, что транспортное положение соответствует габариту

Т по ГОСТ-923883. Мобильность подъёмника придаёт ему универсальный характер для

выполнения всевозможных работ. Подъёмник может выполнять функцию мачты при

продолжительном стационарном использовании, например для установки связи. В

проектировании заложены жёсткие природные и климатические условия. Работа подъёмника

осуществляется при температуре окружающей среды до -50 ◦ С. Модель №1 ножничного

подъёмника приведена на рис.2. Первая (корневая) и вторая секции мачты выполнены из

труб с прямоугольным поперечным сечением 250х150 мм и толщиной стенок 6 мм. Третья и

четвёртая секции из труб с поперечным сечением 200х100 мм и толщиной стенок 5 мм.

105

атындаЎы ЕУ Хабаршысы - Вестник ЕНУ им. , 2011, №6

Пятая, шестая и седьмая секции из труб с поперечным сечением 160х80 мм и стенками 4 мм.

Материалом выбрана импортная сталь S600МС, σT≈ 6000 кГ/ см2(600 Н/ мм2). Ветровая

нагрузка к первой модели была приложена как направленная сила к середине каждой

секции. В результате проведённых расчётов методом конечных элементов получена карта

распределения напряжений в элементах металлоконструкции подъёмника-мачты №1.

Проанализировав полученные данные, необходимо отметить: завышенный запас прочности

металлоконструкции мачты по всем её секциям; прямоугольное поперечное сечение труб

конструкции имеет общую наветренную площадь 58,9 м2; масса подъёмника 6297 кг. Мы

представляем оптимизированную конструкцию ножничного подъёмника-мачты (рис.3).

Рис.3. Оптимизированная модель №2

Модель №2 рассчитана методом конечных элементов в модуле Structure3D системы

автоматизированного проектирования APM WinMachine [1]. Стойки всех семи секций

выполнены из труб с круглым поперечным сечением, диаметром 114 мм и толщиной стенок 8

мм. Материал труб - сталь 10ХСНД, σT≈ 400 Н/ мм2 . При расчёте на устойчивость

установки рассматривались несколько расчётных положений [2]. Приложение внешней

ветровой нагрузки: вдоль продольной оси базовой машины, поперёк оси базовой машины, по

диагонали относительно базы. Скорость расчётного ветрового потока достигает 30 м/с, эти

условия приравниваются к ураганному ветру. Смоделированы нагрузки: от собственного веса

элементов подъёмников; от массы поднимаемого груза 600кг; от ветрового напора в

интервале от 15 до 30 м/с. Максимальная высота подъёма груза составляет 32 м.

Значительная работа проведена по расчёту, статической и динамической (пульсационной)

составляющих, ветровой нагрузки и на реалистичность её воздействия на модель [3]. В

106

, С. Нураков, ,

стационарном (развёрнутом) положении необходимую устойчивость подъёмнику придают

четыре канатные растяжки, с автоматизированным натяжением, при их размещении и

фиксации на выносных опорах. Мачта имеет общую наветренную площадь 43,98 м2, и массу

2834 кг. Коэффициент запаса прочности металлоконструкции предложенной мачты с учётом

вышеперечисленных комбинаций нагружения составляет не менее двух.

Обобщая результаты проделанной оптимизации, отражённые в модели №2, выделяем

нижеследующее. Изменение конструкции подъёмника почти на 3500 кг уменьшило его массу.

Использование труб с круглым поперечным сечением позволило: уменьшить наветренную

площадь и снизить аэродинамический коэффициент ветрового давления, что значительно

уменьшило ветровую нагрузку на мачту. Проведение данной оптимизации также позволило

отказаться от импортной стали S600МС, применив распространенную и более дешёвую

конструкционную сталь 10ХСНД российского производства.

ЛИТЕРАТУРА

1.Замрий и расчёт методом конечных элементов трёх-мерных конструкций в среде APM

Structure3D. - М.: АПМ, 20с.

2. , Марон по расчётам механизмов подъёмно-транспортных машин. - 2-е изд., перераб.

и доп. - Мн.: Выш. шк., 19с.

3. Справочник по кранам: в 2 т. Т.1. Характеристики материалов и нагрузок. Основы расчёта кранов, их приводов и

металлических конструкций / , , и др. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние,

19с.

, ,

Кернеулi-рычагтi типтi к°тергiш металл кґрылымыны тиiмдiлеу параметрлерiн аны©тау

Ма©алада кернеулi-рычагтi типтi авток°лiк к°тергiш ©ґрылымыны талдауы к°рсетiлген. Жіктеменi к°тергiш

метал©ґрылымЎа әсер ететiн APM WinMachine автоматтандыру жійесiн жобалауыны к°мегi ар©ылы жіктемелер

модельденiп, осы ар©ылы оны кемелдендiруiне әкеп со©ты. Кемелдендiру ©орытындысы бойынша к°тергiштi массасы

мен желдiк ауданы кiшiрейтiлдi, олар сәйкесiнше желдiк ©ысымны аэродинамикалы© коэффициентiнi т°мендеуiне

алып келдi.

Ananin V. G., Nurakov C., Kalinichenko V. C., Kaliev A. B.

Definition of optimum parameters of metal construction of the lift of connected-lever type

In article the analysis of a design of the automobile lift of connected-lever type is means of APM WinMachine

system of automated designing the loadings influencing on metal-construction of the lift are simulated, that has allowed to

develop recommendations about its improvement. As a result of modernisation have been reduced weight of the lift and it’s

windward area that has allowed to lower aerodynamic factor of wind pressure.

Поступила в редакцию 12.10.2011

Рекомендована к печати 18.10.2011

107