Совершенствование гидропривода грузоподъемных механизмов подъемно-транспортных и строительно-дорожных машин

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Красноярск - 2004

Специальность: 05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (машиностроение).
ВВЕДЕНИЕ
В практике грузоперевозок, и строительства широко применяются
специализированные мобильные машины, осуществляющие кроме
транспортирования еще и погрузочно-разгрузочные операции, что повышает
универсальность данных машин и сокращает эксплуатационные затраты, так
как исключает потребность в дополнительных грузоподъёмных средствах, а,
следовательно, возможные простои и связанные с этим дополнительные
затраты. Наибольшее применение в конструкциях грузоподъёмных
механизмов получил гидропривод, обеспечивающий ряд существенных преимуществ: малые массу и габариты, возможность плавного бесступенчатого регулирования скоростей, упрощение процессов автоматизации и унификация, облегчение труда операторов, уменьшение времени рабочего цикла машины, увеличение усилия на рабочем органе, снижение нагрузок на элементы рабочего оборудования и металлоемкости конструкции в целом. Однако, анализ эксплуатационной надежности, произведенный по результатам обследований строительных машин в эксплуатации, показал, что отказы элементов гидравлического привода составляют половину от общего количества отказов по всей машине, а в гидроприводе максимальный процент отказов приходится на долю гидроцилиндров. Это объясняется отсутствием надежных методов расчета и проектирования элементов машин, учитывающих эксплуатационные нагрузочные режимы уже на этапе проектирования.
Выпускаемые отечественной и зарубежной промышленностью контейнеровозы-перегружатели и фронтальные погрузчики, оснащенные гидравлическим приводом, имеют довольно сложные конструкции, включающие значительное число гидроцилиндров, гидромагистралей, промежуточных рычагов, шарниров, что сдерживает внедрение в практику существующее обилие кинематических схем, приведенных в патентной литературе.
Наличие большого числа стандартных гидроцилиндров предопределяет двукратное увеличение числа гидромагистралей, которые не только затрудняют
монтаж и разводку гидросистемы, увеличивают избыточную массу конструкции, особенно на малогабаритных машинах, но и снижают надежность и экологическую безопасность машин ввиду значительного числа подвижных соединений, требующих герметизации, а также гибких рукавов высокого давления, обладающих на сегодняшний день недостаточным уровнем надежности. Как показала практика эксплуатации строительных машин, наиболее часто гидросистемы выходят из строя из-за разрывов гибких рукавов высокого давления и уплотнений, что в свою очередь снижает экологическую безопасность машин.
Решение задачи снижения трудоемкости и энергоемкости автомобильных перевозок, а также повышение эффективности использования подвижного состава связано, в первую очередь, с расширением специализированного подвижного состава, как одного из звеньев комплексной механизации погрузочно-разгрузочных работ в производственных процессах в промышленности, строительстве, сельском хозяйстве, торговле и других отраслях. Практика перевозок показала, что большую часть номенклатуры грузов целесообразно перевозить контейнерным и пакетным способами.
В первую очередь это касается грузов предприятий торговли, системы материально-технического снабжения и ряда других отраслей, где имеют место наибольшие простои автомобильного транспорта. Например, доставка грузов торговли в пакетированном виде специализированным подвижным составом повышает социальную и экономическую эффективность реализации товаров, что позволяет уменьшить затраты времени населения на покупку товаров в среднем на 20-25 %, на 1/3 сократить количество рабочих, в 1,5-2 раза увеличить уровень механизации труда, на 20-25% повысить эффективность использования торговых площадей.
Экономическая эффективность от внедрения прогрессивной технологии распределяется в следующем соотношении: торговля -15%, промышленность — 36%, автомобильный транспорт - 9%.
При контейнерном и пакетном способах перевозок грузов вопросы

7 комплексной механизации погрузочно-разгрузочных работ на предприятиях с
постоянно крупными грузопотоками решаются за счет оснащения их подъемно-транспортными механизмами в местах отправки и доставки.
Расширение пакетных и контейнерных перевозок грузов вовлекает сферу все большее число предприятий с небольшим грузооборотом, где установка и содержание подъемно-транспортных машин невозможна или экономически нецелесообразна.
В этих условиях задача повышения уровня механизации погрузочно-
разгрузочных работ может быть решена путем применения
специализированных автотранспортных средств, оборудованных
необходимыми грузоподъемными устройствами, что позволяет снизить транспортные издержки за счет существенного уменьшения простоев подвижного состава при погрузке и выгрузке грузов.
Таким образом, перед отраслями машиностроения и транспорта стоит актуальная задача повышения эффективности транспортировки грузов за счет: снижения удельной материалоёмкости, при одновременном повышении надежности и экологической безопасности специализированных подъёмно-транспортных и строительно-дорожных машин.
Сложность поставленной задачи обусловлена многообразием факторов, требующих детального учета при оптимизации конструктивных и эксплуатационных параметров, что вызывает необходимость использования методов математического моделирования и реализации математических моделей на ЭВМ.
Совершенствованию конструкций и гидропривода грузоподъёмных механизмов подъёмно-транспортных и строительных машин на основе применения новых технических решений и методов имитационного математического моделирования, реализованных в специальном программном обеспечении, применяемом уже на этапе их проектирования и посвящена данная работа.

ВВЕДЕНИЕ 5
1. ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ГИДРОФИЦИРОВАННЫХ ГРУЗОПОДЪЁМНЫХ МЕХАНИЗМОВ
ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНЫХ И СТРОИТЕЛЬНО-ДОРОЖНЫХ
МАШИН 8
1.1. Обзор существующих конструкций и гидропривода грузоподъемных
механизмов подъемно-транспортных и строительно-дорожных машин 8
1.1.1. Обзор конструкций и гидропривода грузоподъемных механизмов
контейнеровозов-перегружателей 8
1.1.2. Обзор конструкций рабочего оборудования и гидропривода
грузоподъемных механизмов фронтальных погрузчиков сыпучих грузов 22
1.2. Анализ существующих экспериментальных данных об
эксплуатационных режимах гидропривода рабочего оборудования
подъемно-транспортных и строительно-дорожных машин 29
1.3. Обзор существующих методов расчета основных параметров и
математического моделирования, применяемых при проектировании
гидропривода грузоподъемных механизмов подъемно-транспортных и
строительно-дорожных машин 39
1.4. Выводы по первому разделу и постановка задач исследования 47
2. РАЗРАБОТКА ИМИТАЦИОННЫХ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ГИДРОПРИВОДА
ГРУЗОПОДЪЁМНЫХ МЕХАНИЗМОВ ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНЫХ
И СТРОИТЕЛЬНО-ДОРОЖНЫХ МАШИН 49
2.1. Разработка кинематической схемы усовершенствованной
конструкции гидропривода рабочего оборудования контейнеровоза-
перегружателя 49
2.1.1. Вывод функции нагрузочного режима исполнительного
гидроцилиндра гидропривода грузоподъемного механизма
контейнеровоза-перегружателя 54
2.2. Разработка кинематической схемы усовершенствованной
конструкции гидропривода рабочего оборудования фронтального
погрузчика 58
2.2.1. Вывод функции нагрузочного режима исполнительного
гидроцилиндра гидропривода грузоподъемного механизма фронтального
погрузчика 58
2.3. Разработка имитационной математической модели функционировани
исполнительного гидроцилиндра гидропривода грузоподъемны
механизмов 63
2.4. Разработка имитационной математической модели
функционирования гидросистемы управления рабочим оборудованием
грузоподъемных механизмов подъемно-транспортных и строительно-
дорожных машин 68
2.5. Выводы по второму разделу 79
3. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
ИМИТАЦИОННЫХ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
ГИДРОПРИВОДА ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МЕХАНИЗМОВ 80
3.1. Разработка алгоритмов и программного обеспечения имитационных математических моделей гидропривода грузоподъемных механизмов подъемно-транспортных и строительно-дорожных машин. 80 3.1.1. Разработка алгоритма и программного обеспечения имитационной математической модели исполнительного гидроцилиндра 80 3.1.2.Методика теплового расчета, разработка алгоритма и программного обеспечения имитационной математической модели гидросистемы 84
3.2. Аппроксимация обобщенных параметров гидросистем подъемно-транспортных и строительно-дорожных машин. 99
3.3. Результаты расчетов, анализ сходимости алгоритмов и адекватности имитационных математических моделей экспериментальным данным. 116
3.4. Выводы по третьему разделу 119 4. РАСЧЕТЫ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ 120
4.1. Расчет эффективности от внедрения конструктивных предложений по усовершенствованию конструкции гидропривода рабочего оборудования контейнеровоза-перегружателя 120
4.2. Расчет эффективности от внедрения конструктивных предложений по усовершенствованию конструкции гидропривода рабочего оборудования фронтального погрузчика 133
4.3. Расчет эффективности от внедрения имитационных математических моделей и программного обеспечения автоматизированного расчета параметров гидропривода усовершенствованных грузоподъемных механизмов подъемно-транспортных и строительно-дорожных машин 139
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 144
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 145
ПРИЛОЖЕНИЯ 165
Листинги программных продуктов
Результаты функционирования программного обеспечения Акты внедрения результатов исследования