Оценка динамической нагруженности и оптимизация трехзвенных гидравлических кранов-манипуляторов транспортно-технологических машин для сварки трубопроводов

• Автор: Лагерев, Игорь Александрович
• Шифр специальности: 05.05.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Брянск
• Количество страниц: 197 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ КРАНОВ-МАНИПУЛЯТОРОВ
1.1. Конструкции кранов-манипуляторов
1.2. Условия эксплуатации кранов-манипуляторов
1.3. Оценка нагруженности и оптимизация кранов-манипуляторов
1.4. Выводы по главе
1.5. Постановка целей и задач исследования
2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ФАКТОРОВ НАГРУЖЕННОСТИ КРАНА-МАНИПУЛЯТОРА МАШИНЫ ДЛЯ СВАРКИ ТРУБОПРОВОДОВ
2.1. Факторы нагруженное™ крана-манипулятора
2.2. Методика численного моделирования факторов нагруженное™ крана-манипулятора
2.2.1. Моделирование методом статистических испытаний
2.2.2. Имитационное моделирование
2.3. Программный комплекс имитационного моделирования факторов нагруженное™ крана-манипулятора
2.4. Моделирование факторов нагруженное™ машины на примере ООО «Спецстрой»
2.5. Выводы по главе
3. ОЦЕНКА НАГРУЖЕННОСТИ КРАНА-МАНИПУЛЯТОРА МАШИНЫ ДЛЯ СВАРКИ ТРУБОПРОВОДОВ
3.1. Динамический анализ крана-манипулятора при поворотных движениях звеньев
3.1.1. Динамический анализ крана-манипулятора при поворотном движеуши рукояти
3.1.2. Динамический анализ крана-манипулятора при поворотном движении стрелы
3.1.3. Динамический анализ крана-манипулятора при поворотном движении колонны
3.2. Оптимизация крана-манипулятора

3.3. Динамический анализ крана-манипулятора при движении с грузом
3.3.1. Моделирование геометрической неровности опорной поверхности
3.3.2. Динамика движения машины для сварки трубопроводов
3.4. Выводы по главе
4. ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ И ДИНАМИЧЕСКОЙ НАГРУЖЕННОСТИ КРАНА-МАНИПУЛЯТОРА МАШИНЫ ДЛЯ СВАРКИ-ТРУБОПРОВОДОВ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
4.1. Методика расчета крана-манипулятора методом конечных элементов
4.2. Моделирование гидроцилиндров крана-манипулятора
4.3. Моделирование шарниров стрелы крана-манипулятора
4.4. Конечноэлементные модели крана-манипулятора
4.5. Влияние характерного размера конечного элемента на точность результатов и время расчета
4.6. Моделирование динамической нагруженности металлоконструкции крана-манипулятора
4.7. Выводы по главе
5. МОДЕРНИЗАЦИЯ КРАНА-МАНИПУЛЯТОРА САМОХОДНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ МАШИНЫ АСТ-4-А
5.1. Повышение грузоподъемности крана-манипулятора самоходной энергетической машины АСТ-4-А
5.2. Оптимизация крана-манипулятора самоходной энергетической машины АСТ-4-А
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1. Документы на объекты интеллектуальной собственности
Приложение 2. Документы о внедрении результатов работы
Приложение 3. Комплекс вычислительных программ для ЭВМ
Приложение 4. Зависимости связи кинематических параметров гидроцилиндров и звеньев крана-манипулятора
Приложение 5. Моменты инерции элементов конструкции крана-манипулятора

ВВЕДЕНИЕ
Сегодня российская экономика в большой степени зависит от добычи нефти и природного газа, доля которых в экспорте составляет до 70%. Ежегодно на территории нашей страны добывается 500 миллионов тонн нефти и 600 миллиардов кубических метров газа [136; 137]. Основные месторождения углеводородного сырья расположены в Западной Сибири, а основные потребители -в европейской части России и в странах Европы. Поэтому добытое сырье необходимо транспортировать на большие расстояния. Для этого наиболее подходит трубопроводный транспорт, доля которого в общем объеме перевозок достигает трети общего грузооборота страны.
В настоящее время в России эксплуатируются 63 тыс. км нефтепроводов и 160 тыс. км газопроводов. При этом преобладают трубопроводы большого диаметра (1220 и 1420 мм) и значительной протяженности в широтном направлении [102]. Для под держания магистральных трубопроводов в исправном состоянии требуется регулярное проведение ремонтно-профилактических работ, в том числе с заменой отдельных участков или всего трубопровода. Также необходима своевременная модернизация морально устаревшего или изношенного оборудования [133].
Продолжаются работы по дальнейшему развитию сети магистральных трубопроводов. Стратегия развития ОАО «Газпром» предусматривает расширение транспортных мощностей и диверсификацию маршрутов транспортировки газа [148]. Приоритетными проектами в настоящее время являются строительство газопроводов «Северный поток» (в Германию), «Южный поток» (в Болгарию) и «Голубой поток» (в Турцию). Планируется расширение Уренгойского газотранспортного узла. Эти мероприятия позволят увеличить объемы и повысить надежность поставки газа в европейские страны. Также ОАО «Газпром» участвует в развитии газотранспортных сетей в Центральной Азии и на Дальнем Востоке.
ГК «Транснефть» в настоящее время ведет строительство нефтепровода «БТС-2», трасса которого проходит по территории Брянской области. С завершением строительства второго пускового комплекса пропускная способность нефтепровода составит до 50 миллионов тонн в год.
II I ! I! ш 1111111 I III I I II .1 I I I

этим требуется разработка специализированных программ (или программных модулей к универсальным пакетам), предназначенных для исследования конкретных инженерных объектов (например, кранов-манипуляторов), позволяющих автоматизировать процесс анализа различных вариантов.
Краны-манипуляторы в силу своей конструкции обладают сложной кинематикой и динамикой. В процессе работы конфигурация стрелы изменяется в широких пределах. Следовательно, в отличии от кранов мостового типа, невозможно определить наиболее опасное положение стрелы, при котором в отдельных элементах конструкции возникнут предельные напряжения или деформации. Поэтому для определения наихудшего варианта проводятся серии расчетов крана-манипулятора. Этот процесс целесообразно совместить с поиском оптимальной конструкции [144].
Решение оптимизационной задачи предполагает выполнение следующих действий: определение границ системы оптимизации; выбор управляемых и неуправляемых переменных, описывающих параметры проектируемого объекта; определение ограничений на управляемые переменные; выбор числового критерия оптимизации и создание на его основе целевой функции; поиск экстремума целевой функции одним из численных методов [4; 9; 28; 30; 48; 54; 63; 103; 104].
Численные методы решения оптимизационных задач делятся на 4 группы.
1. Прямые методы, требующие значений целевой функции в точках приближения (метод Гаусса, метод конфигураций, симплексный метод, метод деформируемого многогранника, метод Хука-Дживса, метод вращения координат).
2. Методы первого порядка, требующие значений функции и ее первой производной в точках приближения (метод наискорейшего спуска, метод покоординатного спуска, метод сопряженных градиентов).
3. Методы второго порядка, требующие значений функции, ее первой и второй производных в точках приближения (метод Ньютона, метод Ньютона-Рафсона, метод эллипсоидов, метод потенциалов).
4. Стохастические методы (метод Монте-Карло, генетические алгоритмы, эволюционные алгоритмы).