Чернова Н.М. Развитие теории оптимального проектирования механизмов грузоподъемных кранов пролетного типа

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук: 05.05.04 – Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины. — Балаковский институт техники, технологии и управления Саратовского государственного технического университета. — Новочеркасск, 2009. — 63 с.Научный консультант: доктор технических наук, профессор Кобзев А.П.Цель работы. Совершенствование приводов механизмов кранов про-летного типа с целью снижения металлоемкости и энерговооруженности на основе дальнейшего развития теории оптимального и автоматизированного проектирования.
Новизна научных положений:
впервые предложено решение многокритериальной задачи оптимального проектирования приводов механизмов кранов пролетного типа, основанное на принципе Парето, включающее три этапа: формирование области возможных решений; выделение области парето-оптимальных решений; определение оптимального решения;
разработана методика формирования области возможных решений задачи оптимального проектирования механизмов подъема для кратностей полиспаста от 1 до 24, позволяющая учесть все возможные варианты по типам электроприводов и управляющих устройств, трансмиссий, канатов, муфт и тормозов;
формирование области возможных решений задач оптимального проектирования механизмов передвижения кранов и крановых тележек рекомендовано осуществлять при дискретно изменяемых значениях диаметра ходового колеса от 250 мм до 1000 мм, что позволяет учесть все возможные конструктивные схемы компоновки механизмов;
для механизма подъема предложен векторный критерий оценки качества решения, включающий в качестве составляющих девять критериев оптимальности: экономическую оценку двигателя и управляющего устройства, стоимость и габаритный размер передаточного механизма, массы барабана, каната, крюковой подвески, муфт, тормозов и коэффициент полезного действия механизма;
предложен векторный критерий оценки качества решения при проектировании механизмов передвижения, состоящий из девяти критериев оптимальности: экономической оценки двигателя и управляющего устройства, стоимости и массы трансмиссии, масс балансиров, колес, рельсов, муфт, тормозов и коэффициента полезного действия механизма;
разработана модификация метода целевого программирования для выбора оптимального решения задач проектирования механизмов подъема и передвижения из множества парето-оптимальных решений по минимальному значению метрики;
впервые предложена методика многокритериального оптимального проектирования передаточных механизмов с большими передаточными числами: на первом этапе выполняется формирование области возможных решений на основе схем планетарных передач типа 2k-h, 3k, с учетом прочностных ограничений и требуемых качественных характеристик; на втором – формирование области парето-оптимальных решений в соответствии с предложенным векторным критерием оценки качества решения, включающим: массу и габаритный размер передачи, коэффициент перекрытия и коэффициент полезного действия; на третьем - выбор оптимального решения по минимальному значению метрики в соответствии с предложенной модификацией метода целевого программирования;
разработан метод графического синтеза соосных зубчатых передач, позволяющий в зависимости от величины и знака передаточного отношения, а также требуемых качественных характеристик определять схему и геометрические параметры зубчатой передачи;
обосновано применение модифицированного метода Хука-Дживса для определения оптимальных параметров барабанов механизмов подъема и балансиров механизмов передвижения, позволяющего получить конструкции минимальной металлоемкости.
Практическая значимость работы. Проведенные научные исследования и полученные результаты обеспечили возможность разработки методик автоматизированного оптимального проектирования механизмов кранов пролетного типа и их трансмиссий, а также позволили достичь снижения металлоемкости и энерговооруженности кранов, затрат труда конструкторов на стадии проектирования.