ОПТИМИЗАЦИЯ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ ПОДЪЕМНИКА РЮКЗАЧНОГО ТИПА

Введение

Подъемник рюкзачного типа, являющийся объектом исследования в данной работе, применяется для транспортировки кузовов автомобилей между этажами цеха на производственной линии автомобилестроительного предприятия. Лифт оборудован механизмом подъема состоящим из цилиндрического мотор-редуктора с тормозом и приводного барабана; замыкающим устройством, обеспечивающим жесткое закрепление каретки в крайних положениях её хода; приводным рольгангом, обеспечивающим подачу кузова на грузовую каретку и систему управления, благодаря которой осуществляется автоматизированная работа всех механизмов подъемника (Рисунок. 1).

Компоновка механизмов и проектирование металлоконструкции производились таким образом, чтобы обеспечить максимальную прочность и требуемые технические характеристики, но вместе с тем иметь компактность для экономии пространства в цеху [1, с. 43].

Несущая рама данного подъемника была выбрана на основе существующей конструкции, однако для возможного снижения металлоемкости устройства, было принято решение произвести прочностные расчеты рамы и подобрать оптимальные сечения несущих элементов конструкции.

Рисунок. 1. Подъемник                           Рисунок. 2. Расчетная схема рамы

Теоретическая часть

Для начала нами были произведены статический и динамический расчеты несущей рамы при помощи методик, изложенных в [2, с. 234].

Для удобства расчета, пространственная расчетная схема рассматривалась сначала в плоскости ZOY, а затем в плоскости ZOX. Где P – сила со стороны противовеса и каретки с приводным рольгангом;  – сила со стороны механизма подъема; - изгибающий момент, действующий на несущую раму со стороны каретки (Рисунок. 2).

Сначала были рассмотрены действия силовых факторов в плоскости ZOY.

Исходные данные:

 - масса рамы;

 - масса мотор-редуктора;

 – масса барабана;

 – масса тормоза.

 – Максимально возможная масса кузова автомобиля.

  – Масса приводного рольганга и каретки.

Первой задачей было выяснить в каком положении каретки на несущую раму будет действовать изгибающий момент. Было рассмотрено несколько случаев и по результатам их сравнения, установлено, что рама испытывает наибольшую нагрузку при нахождении каретки в крайнем верхнем положении. .

Рисунок. 3. Расчет случай 1                          Рисунок. 4. Расчет случай 2

Рисунок. 5. Расчет случай 3

Затем были рассмотрены действия силовых факторов в плоскости XOZ:

Исходные данные:

 - масса каретки;

 – масса кгруза;

 – масса противовеса;

 – масса приводного рольганга;

 – масса барабана.

                                   (1)

                                                                       (2)

Для расчета данной статически неопределимой рамы был применён метод сил [2, с. 78].

Рисунок. 6. Эпюры моментов рамы

Максимальный изгибающий момент, действующий в плоскости XOZ, М = 5,7 кНм.

Далее был выполнен расчет максимальных усилий в раме, возникающих от динамических нагрузок и  [2, с. 214].

- сила инерции, возникающая в результате торможения коретки.

 - сила инерции, возникающая в результате торможения кузова автомобиля на приводном рольганге.

Рисунок. 7. Эпюры моментов от динамических нагрузок  и .

Далее, с учетом статических и динамических нагрузок, исходя из максимального момента, действующего на несущую раму, было подобранно сечение опорной балки, а также был выбран материал – сталь 3.

Рисунок. 8. Сечение опорной балки

Исследовательская часть

В связи с тем, что при расчетах несущей рамы были использованы некоторые допущения, было принято решение произвести статическое исследование конструкции в системе САПР «SolidWorks». Динамический анализ не был произведен, так как на основе расчетов приведенных в теоретической части, было установлено, что динамические нагрузки пренебрежимо малы по сравнению со статическими.

На основе подобранного сечения опорной балки, была спроектирована 3D модель несущей конструкции и нагружена внешними силами (Рисунок. 9).

             Рисунок. 9. Схема нагружения                     Рисунок. 10. Коэффициент запаса прочности

Вывод

Исходя из полученных результатов мы видим, что опорная балка имеет коэффициент запаса  (Рисунок. 10), что говорит о большом переизбытке прочности. Однако опорные балки выполняют не только функцию несущих элементов конструкции, но и являются направляющими, по которым движется каретка. Балки должны иметь достаточную площадь боковых поверхностей, для обеспечения контакта с колесами каретки. Также необходимо принять во внимание узел соединения опорной балки с несущей рамой обводных барабанов. Здесь коэффициент запаса , что для данного типа устройства является оптимальным значением [3, с. 119]. Если мы будем уменьшать сечение опорной балки, нам придется также уменьшать сечение профиля, соединяющего опорную балку и опорную раму обводных барабанов, что приведет к понижению коэффициента запаса ниже допустимого значения. Таким образом, с конструктивной точки зрения уменьшать профиль опорных балок не целесообразно, поэтому можно сделать вывод, что несущая рама данного подъёмника   спроектирована верно.

Список литературы:

1. Соколов С.А. Металлические конструкции подъемно-транспортных машин [Электронный ресурс]: учебное пособие / С.А. Соколов. — Электрон. текстовые данные. — СПб.: Политехника, 2012. — 423 c. — 5-7325-0858-9. — Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/15901.html
2. Мандриков, А.П. Примеры расчета металлических конструкций [Электронный ресурс]: учеб. пособие — Электрон. дан. — Санкт-Петербург: Лань, 2012. — 432 с. — Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/9466. — Загл. с экрана.
3. Парлашкевич В.С. Сварка строительных металлических конструкций [Электронный ресурс] : учебное пособие / В.С. Парлашкевич, В.А. Белов. — Электрон. текстовые данные. — М.: Московский государственный строительный университет, ЭБС АСВ, 2012. — 112 c. — 978-5-7264-0569-8. — Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/16336.html