Аспирант Бондарев Д.С.
Руководитель проф. Карасёв Г.Н.
МАДИ (ГТУ)
В настоящее время при разработке проекта подъемного крана на автомобильном или специальном шасси применяется метод вариантного проектирования. Поскольку проработка каждого варианта весьма трудоемка, в практике проектирования обычно ограничиваются двумя-тремя вариантами. Как показывает практика в таких конструкциях заложены избыточные запасы прочности, что приводит к дополнительным расходам на материалы и трудозатраты при изготовлении.
Отечественные крановые заводы выпускают неоправданно утяжеленные, давно устаревшие конструкции, не способные конкурировать с ведущими производителями из Германии и Японии. В тоже время проведенные в НИИ Краностроения исследовательские работы,направленные на оптимизацию металлоконструкций кранов показали, что металлоемкость стрел можно снизить на 25-30%, а металлоемкость опорных и поворотных рам – на 15-20%. Оптимизация любой конструкции позволяет добиться снижения массы, общей стоимости изделия, а также дает возможность улучшения характеристик машины. Именно поэтому все ведущие крановые фирмы постоянно ведут работы,направленные на поиск наилучших сочетаний варьируемых параметров металлоконструкций производимых кранов.
Рассматривать задачу минимизации веса с математической точки зрения, составив функцию зависимости веса конструкции от варьируемых параметров, не представляется возможным ввиду ее громоздкости, сложности нахождения экстремумов данной функции, а также ввиду дискретности значений некоторых параметров, влияющих на функцию веса. Распространение в инженерной практике применения ЭВМ резко увеличило возможности проектирования конструкций. Происшедшее в связи с этим развитие теории оптимальных конструкций можно условно охарактеризовать тремя направлениями:Работы, в которых используются возможности ЭВМ для реализации методов оптимизации, разработанных в предшествующий период (Ю.А. Рациг, “Рациональное определение прочностных размеров статически неопределимых ферм наименьшего объема с помощью ЭВМ” и др.)
Для второго направления развития теории оптимальных систем характерно непосредственное применение методов линейного и нелинейного программирования к задачам оптимизации конструкций с заданной геометрической схемой. В этой постановке задачи оптимизации сводятся к отысканию минимума функции многих переменных с учетом имеющихся ограничений и уравнений связи между переменными, т.е. к задачам математического программирования. Эти задачи могут быть линейными (значительно упрощенные задачи) и нелинейными,возникающими при оптимизации конструкции с достаточно полным учетом всех условий и ограничений. Решение нелинейных задач весьма сложно и наиболее простым методом их решения является полный перебор всех возможных вариантов.
Однако метод полного перебора возможен лишь при небольшом числе варьируемых параметров – не более 7-8.
Для решения же более сложных задач применяются различные специальные методы, например, метод последовательных приближений. Третье направление современной теории оптимальных конструкций образуют работы, посвященные синтезу конструкций. В этих работах решается задача не только об определении рациональных размеров, но и об отыскании наивыгоднейнейшей схемы сооружения. Однако в связи с тем, что в работах,посвященных теории синтеза конструкций, не учитываются требования к конструированию металлоконструкций, синтезируемые схемы, как правило, не могут быть применены на практике. По той же причине на практике не могут быть применены модули оптимизации, заложенные в программах, выполняющих прочностных расчеты методом конечных элементов. Как видно из изложенного выше, ни одна из появившихся в литературе работ по оптимальному проектированию не может быть непосредственно использована для оптимизации крановых конструкций.
Ближе всего к требованию задачи подходят исследования по оптимизации конструкций методами математического программирования. Однако всвязи со специфическими особенностями металлоконструкций кранов для применения общих методов математического программирования в задаче оптимизации крановых конструкций требуются дополнительные исследования. Целью же настоящей работы является отыскание достаточно удобного и легко применимого на практике метода создания конструкции минимальной массы, удовлетворяющей всем требованиям и ограничениям, предъявляемым к металлоконструкциям стреловых самоходных кранов. А также последующее определение оптимальных геометрических и прочих параметров для металлоконструкций кранов различных типоразмеров, распространенных в мировом краностроении.
|
