docmodel symulacyjny żurawia samojezdnego z zapewnieniem jego
download 
Reklamacja Transkrypt
model symulacyjny żurawia samojezdnego z zapewnieniem jego
MODELOWANIE INŻYNIERSKIE 2016 nr 60, ISSN 1896-771X MODEL SYMULACYJNY ŻURAWIA SAMOJEZDNEGO Z ZAPEWNIENIEM JEGO STATECZNOŚCI Wojciech Kacalak1a, Zbigniew Budniak1b, Maciej Majewski1c 1 Wydział Mechaniczny, Politechnika Koszalińska, ul. Racławicka 15-17, 75-620 Koszalin [email protected], [email protected], c [email protected] a Streszczenie W artykule przedstawiono model symulacyjny układu przeładunkowego żurawia samojezdnego, opracowany w zintegrowanym środowisku CAD/CAE, umożliwiający badanie jego stateczności dla wybranych konfiguracji i warunków pracy. Dodatkowo są obliczane wartości sił nacisku żurawia na podłoże, co daje możliwość takiego sterowania ruchami roboczymi maszyny, że w trakcie ruchu nie pojawi się zagrożenie utraty stateczności. Jako wyniki badań symulacyjnych przedstawiono zmiany warunków stateczności w zależności od: położenia kątowego kolumny obrotowej z wysięgnikami oraz ramionami teleskopowymi, położenia ramion teleskopowych, masy składowych elementów układu nośnego, a także od jego obciążenia ładunkiem. Słowa kluczowe: żurawie przeładunkowe, analiza stateczności, podpory, środek masy, ładowność SIMULATION MODEL OF A MOBILE CRANE WITH ENSURING ITS STABILITY Summary The article presents a simulation model of the handling of a mobile crane, developed in a CAD/CAE integrated environment, enabling testing of its stability for selected configurations and operating conditions. In addition, the crane’s pressure force on the ground is calculated, which enables such controlling of the movements of the working crane that during the movement does not appear a risk of loss of its stability. As the results of the simulation are shown changes in the conditions of stability depending on: the angular position of the rotating column with booms and telescopic arms, the position of telescopic arms, the masses of the constituent elements for lifting, as well as its cargo load. Keywords: loader cranes, stability analysis, outriggers, center of mass, payload 1. WPROWADZENIE moment ustalający ܯ௨ o przeciwnym kierunku zależny od masy i położenia środka masy elementów żurawia. Przyjmuje się, że żuraw jest stateczny, gdy w każdej pozycji wysięgnika obciążonego udźwigiem przy odpowiednim wysięgu moment ustalający ܯ௨ jest większy od momentu wywracającego ܯ௪ Przenoszenie dużych ładunków za pomocą samojezdnych żurawi samochodowych może w pewnych warunkach doprowadzić do utraty stateczności [1, 3, 6, 7, 8, 9-11, 13, 14, 16]. Miarą zagrożenia przewrócenia się maszyny może być wartość momentu wymagana do utrzymania równowagi żurawia względem krawędzi wywrotu [2, 12, 15]. Moment ten, zwany momentem wywracającym ܯ௪ ǡ sumuje się w pewnych wypadkach z dodatkowo powstałymi momentami od sił bezwładności (spowodowanych ruchem ładunku i jego części) oraz od obciążenia wiatrem [2]. Momentowi wywracającemu ܯ௪ przeciwdziała ܯ௨ ܯ௪ (1) Miarą zagrożenia przewrócenia się maszyny może być również wartość nacisku na podłoże najmniej obciążonej podpory żurawia oraz wartość zmian tej siły w czasie [2]. 35 MODEL SYMULACYJNY ŻURAWIA SAMOJEZDNEGO Z ZAPEWNIENIEM (...) Dla badanego modelu żurawia jako momenty ustalające przyjęto takie, które zwiększają reakcje podpór nieleżących na hipotetycznej krawędzi wywrotu. Natomiast momentami wywracającymi będą te, które zwiększają wartość tych reakcji. W badaniach symulacyjnych układu przeładunkowego żurawia samojezdnego wykorzystano metodykę prezentowaną w pracy [3] - rys. 1. Zbudowany model symulacyjny, z wykorzystaniem zintegrowanego systemu CAD/CAE, umożliwia: wyznaczenie dopuszczalnych obciążeń żurawia, przeprowadzenie analizy stateczności układu przeładunkowego żurawia samojezdnego na przykładzie żurawia HIAB XS 111 [3, 6] z proponowanym systemem interakcji i sterowania [4, 5]. 2. METODYKA KOMPUTEROWEGO WSPOMAGANIA I ANALIZY UKŁADU PRZEŁADUNKOWEGO ŻURAWIA START Komputerowe wspomaganie analizy ukųadu przeųadunkowego Ǐurawia Modelowanie parametryczne ukųadu Ǐurawia w CAD Konfiguracja ukųadu Ǐurawia Model kinematyczny w CAD/CAE Wyznaczenie warunków statecznoƑci ukųadu Zdefiniowanie cyklu roboczego Ǐurawia START - badania symulacyjne ruchu w CAD/CAE Analiza wyników badaŷ symulacyjnych Kinematyka: trajektorie, prħdkoƑci, przyspieszenia Modyfikacja parametrów ruchu: Ω k, δm1, δm2, δt1,..., δt2, t, lw Dynamika: siųy, momenty, energia ... PoųoǏenia Ƒrodków mas Si(xsi,ysi,zsi) elementów ukųadu Obliczenie reakcji podųoǏa Ry1, Ry2, Ry3, Ry4 Trajektorie: τ su =f(Su), Su(xsu,ysu,zsu)=f(t,Ω k, δi) Obliczenie momentów Mu , Mw , ∆M=Mu-Mw StatecznoƑđ ukųadu Ry1>0, Ry2>0, Ry3>0, Ry4>0 Nie Optymalizacji przeųadunku: Kryterium: Mu-Mw> max, ..... Ograniczenia: ml, lw, MQ , ..... Zmienne decyzyjne: ω k , δi, ..... Ukųad optymalny Nie Parametry optymalne: τlopt , ω kopt, δiopt, ... STOP Rys. 1. Schemat blokowy komputerowego wspomagania i analizy stateczności układu przeładunkowego żurawia samojezdnego 36 Wojciech Kacalak, Zbigniew Budniak, Maciej Majewski Do modelowania i badań numerycznych układu przeładunkowego żurawia wykorzystano zintegrowane oprogramowanie CAD -SolidWorks oraz moduł do obliczeń i analiz inżynierskich CAE - SolidWorks Motion. Podstawowymi elementami realizowanej metody są: − modelowanie parametryczne elementów i całego układu żurawia w systemie CAD dla zdefiniowanej konfiguracji, − zbudowanie modelu kinematycznego żurawia, − określenie warunków stateczności układu żurawia (zapis równań, stanowiących model matematyczny, na obliczenie: trajektorii środków mas elementów układu żurawia, reakcji podłoża na układ podporowy żurawia, momentu ustalającego ܯ௨ i wywrotowego ܯ௪ ), − 3. MODEL SYMULACYJNY UKŁADU PRZEŁADUNKOWEGO W badaniach symulacyjnych wykorzystano model kinematyczny układu przeładunkowego żurawia samojezdnego typu HDS HIAB XS111 pokazanego na rys. 2. Struktura układu przeładunkowego pokazuje możliwości ruchowe żurawia samojezdnego. zdefiniowanie cyklu roboczego żurawia w zależności od realizowania zadania przeładunkowego, np. przeniesienie ładunku z pozycji A do pozycji B z ominięciem przeszkody, itp., − przeprowadzenie badań symulacyjnych ruchu układu żurawia dla określonego zadania przeładunkowego, − analiza wielkości kinematycznych oraz dynamicznych układu żurawia podczas przeładunku pod kątem zachowania stałej równowagi (stateczności), − optymalizacja trajektorii przemieszczeń układów roboczych żurawia dla określonych zadań z uwzględnieniem wielu kryteriów i warunków ograniczających. Opracowany model układu nośnego składa się ze sprzężonych ze sobą następujących zespołów żurawia: ramy nadwozia pojazdu samochodowego, układu podporowego umieszczonego w ramie bazy żurawia, połączonej z ramą nadwozia pojazdu, bazy żurawia, kolumny obrotowej, dwóch wysięgników z osadzonym sześcioczłonowym ramieniem teleskopowym oraz zawiesiem obciążonym przenoszonym ładunkiem. W modelowaniu żurawia uwzględniono masy elementów wyposażenia i zespołów obciążających układ. wysiħgnik w2 wysiħgnik w1 siųownik m2 δt2 kolumna obrotowa k δm2 pojazd samochodowy t t1 , t 2 δt4 δt6 δt1 siųownik m1 δm1 Ry1 y δt3 , ..., t6 hak h δt5 Ωk Gu O baza b Ry4 ukųad podporowy nadwozie S1 x Ry2 Gl Wu(Xwu,Zwu) Z S2 Ry3 S4 ųadunek l a S3 b Rys. 2. Model kinematyczny układu przeładunkowego żurawia samojezdnego typu HDS HIAB XS111, gdzie: a i b rozstaw podpór Konfigurację układu przeładunkowego żurawia, jako połączonych ze sobą członów, dogodnie jest rozpatrywać jako zespół lokalnych kartezjańskich układów współ- rzędnych, przypisanych poszczególnym członom (rys. 3). Wtedy ruch członów można rozpatrywać jako przemieszczenia lokalnych układów współrzędnych. 37 MODEL SYMULACYJNY ŻURAWIA SAMOJEZDNEGO Z ZAPEWNIENIEM (...) Kolumna k K' Baza b 2:1 yB zK' OB' yB' OB zB zB' OK' uzyskanie zależności jawnych jest niezwykle uciążliwe. Wobec wymienionych trudności, do wyznaczenia wektorów określających położenie lokalnych układów współrzędnych elementów układu żurawia, wykorzystano zintegrowany system CAD/CAE. Badunek l yL' xK' yL xB' zL' yK xB zK OK zL OL' OL xL' xK 4. WYNIKI SYMULACJI NUMERYCZNYCH UKŁADU PRZEŁADUNKOWEGO ŻURAWIA xL y=yT yT' OT' Nadwozie samochodu t O=OT zT' z=zT x=xT xT' Wykonano szereg badań symulacyjnych dla różnych konfiguracji układu żurawia, pozwalających między innymi, na (rys. 2): dokładne określenie współrzędnych dowolnego punktu układu żurawia, zakreślenie trajektorii środka ciężkości żurawia ܵ௨ ൫ݔௌೠ ǡ ݕௌೠ ǡ ݖௌೠ ൯ oraz jego rzutu ܹ௨ ൫ݔௐೠ ǡ ݖௐೠ ൯ na płaszczyznę poziomą ܱ ;ݖݔobliczenie reakcji w podporach ܴ௬భ ÷ ܴ௬ర ൌ ݂ሼܩ ǡ ݈௪ ǡ ܹ௨ ൫ݔௐೠ ǡ ݖௐೠ ൯ǡ ݐሽ - na podstawie opracowanej aplikacji; określenie warunków stateczności żurawia; wyznaczenie wartości udźwigów ܳ௨ ൌ ܳ௫ ൌ ݂ሺ݈௪ ሻ funkcji wysięgu żurawia ݈௪ ; zakreślenie krzywych dowolnie wybranych punktów charakterystycznych żurawia. Absolutny ukųad wspóųrzħdnych Oxyz Rys. 3. Widok montażowy nadwozia samochodu t, bazy b, kolumny k oraz ładunku l, gdzie lokalne układy współrzędnych ்ܱ ்ݖ ்ݕ ்ݔ, ܱ ݔ ݕ ݖ , ܱ ݔ ݕ ݖ oraz ܱ ݔ ݕ ݖ są związane z głównymi bazami montażowymi, natomiast lokalne układy ܱᇱ ݔᇱ ݕᇱ ݖᇱ , ܱᇱ ݔᇱ ݕᇱ ݖᇱ współrzędnych ்ܱᇱ ்ݔᇱ ்ݕᇱ ்ݖᇱ , i ܱᇱ ݔᇱ ݕᇱ ݖᇱ są to pomocnicze bazy montażowe Zmiana konfiguracji układu żurawia związana jest z jego ruchami roboczymi. Ruchy te określane są kątem obrotu kolumny k względem bazy żurawia, kątem obrotów π୵భ w płaszczyźnie pionowej pierwszego wysięgnika względem kolumny, oraz kątem π୵మ drugiego wysięgnika względem pierwszego oraz przemieszczeniami liniowymi G௧భ ǡ G௧మ ǡ G௧య ǡ G௧ర ǡ G௧ఱ ǡ G௧ల sześciu ramion teleskopowych w pionowej płaszczyźnie podnoszenia. 4.1 STATECZNOŚĆ ŻURAWIA SAMOJEZDNEGO Do wyznaczenia warunków stateczności żurawia przyjęto jego konfigurację pokazaną na rys. 4. W modelu symulacyjnym, w celu wyznaczenia zależności między współrzędnymi konfiguracyjnymi (ȳ ǡ Gభ ǡ Gమ ǡ G௧భ ǡ G௧మ ǡ G௧య ǡ G௧ర ǡ G௧ఱ ǡ G௧ల ) i współrzędnymi bazowymi położenia kontenera wraz z zawiesiem, wprowadzono tymczasowe wiązania 3D określające pozycję układu przeładunkowego oraz jego elementów w pozycji transportowej, startowej, roboczej (pracy) oraz końcowej. Przy analizie stateczności zakłada się, iż żuraw znajduje się w następujących warunkach: − ustawiony jest na stabilnym poziomym podłożu (pochylenie ןdo 1%); − wyposażony jest w wysięgniki ݓଵ i ݓଶ oraz ramiona teleskopowe ݐଵ , ݐଶ , ݐଷ , ݐସ , ݐହ i ݐ ustawione poziomo do podłoża (wysięgniki i ramiona teleskopowe są poddane najmniej korzystnym obciążeniem, dla których wysunięcia tłoków siłowników ݉ଵ i ݉ଶ wynoszą ߜభ = 0,5511 m, ߜమ = 0,662 m; − kąt obrotu kolumny żurawia w przedziale π୩ = 0 ÷360ι; − w badaniach symulacyjnych przyjęto, że żuraw nie jest poddany działaniu siły parcia wiatru W (prędkość wiatru jest mniejsza od ߴ௪ ا8,3 m/s i w badaniach jest pominięta); − ruchy robocze żurawia są sterowane płynnie, stąd przyjęto, że siły bezwładności ܦு ǡ ܦ mogą być pominięte; − wysięg poziomy żurawia zawiera w przedziale ݈௪ = 2,547 ÷ 16,53 m; się − masa przenoszonego ładunku zawiera w przedziale ܳ ൌ ݉ = 320 ÷ 4060 kg; się Elementarne ruchy napędowe wykonywane przez poszczególne siłowniki zawierają się w przedziałach: ȳ ൌ 0÷406ι, Gభ ൌ 0 ÷ 0,852 m, Gమ ൌ 0 ÷ 0,92 m, G௧భ ൌ 0 ÷ 1,75 m, G௧మ ൌ 0 ÷ 1,90 m, G௧య ǡ G௧ర ǡ G௧ల ൌ 0 ÷ 2,10 m, G௧ఱ ൌ 0 ÷ 2,00 m, Do wymuszenia względnego przemieszczenia ładunku l, w celu wykonania symulacji ruchu, zamodelowano napędy wykonujące ruch obrotowy kolumny żurawia z prędkością Z , napędy liniowe Xభ ǡ Xమ wymuszające ruch obrotowy wysięgników z prędkościami ɘ௪భ ǡ ɘ௪మ oraz ramion teleskopowych z prędkościami X௧భ ǡ X௧మ ǡ X௧య ǡ X௧ర ǡ X௧ఱ ǡ X௧ల . Opis analityczny konfiguracji układu kinematycznego żurawia sprowadza się do żmudnych przekształceń równań wektorowo-macierzowych, aż do uzyskania jawnych zależności określających zmienne wielkości konfiguracyjne kątowe i liniowe. Znajomość takich zależności jest niezwykle pożądana. Trzeba jednak podkreślić, że dla układu przeładunkowego żurawia 38 zawiera się Wojciech Kacalak, Zbigniew Budniak, Maciej Majewski − maksymalny moment udźwigu ܯொ = 100 kNm. wynosi lW W y MW MU 90° Su(xSu,ySu,zSu) Gu O Ry1, Ry4 DH Wu(xSu,zSu) x Ry2, Ry3 S1=S4 a α Gl DV S2=S3 Rys. 4. Obciążenie działające na układ żurawia podczas przenoszenia i obrotu ładunku, gdzie: ܱ ݖݕݔ- absolutny układ współrzędnych, ܩ୪ - siła udźwigu ładunku, ୳ܩ- siła wypadkowa układu żurawia; ܴ௬భ , ܴ௬భ , ܴ௬భ , ܴ௬భ - reakcje pionowe w podporach żurawia; ܯ௪ - moment wywracający, ܯ௨ - moment ustalający, ܵ௨ ൫ݔ௦ೠ ǡ ݕ௦ೠ ǡ ݖ௦ೠ ൯ - współrzędne środka masy układu żurawia; ܹ௨ ൫ݔ௦ೠ ǡ ݖ௦ೠ ൯ współrzędne środka masy całkowitej żurawia w rzucie na płaszczyznę ܱݖݔ, ܵଵ , ܵଶ , ܵଷ , ܵସ - punkty podporowe; ܵଵ ܵଶ , ܵଶ ܵଷ , ܵଷ ܵସ , ܵଵ ܵସ krawędzie wywrotu; ܹ - siła parcia wiatru; ܦு - siła bezwładności pozioma; ܦ - siła bezwładności pionowa Na podstawie wyników badań symulacyjnych, spełniających warunki stateczności, określono dopuszczalną obciążalność (udźwig) żurawia ܳ௨ ൌ ܳௗ ൌ ܳ௫ ൌ ݂ሺ݈௪ ሻ dla zadanego wysięgu ݈௪ (rys. 6). 4.2 UDŹWIG ŻURAWIA Na podstawie utworzonego modelu 3D żurawia i jego modelu kinematycznego oraz opracowanej aplikacji obliczeniowej można wyznaczyć wartości dopuszczalnych udźwigów ܳௗ ൌ ܳ௫ ൌ ܳ௨ , dla zadanego wysięgu żurawia ݈௪ , przy zapewnieniu warunków stateczności oraz nieprzekroczenia dopuszczalnego momentu udźwigu ܯொ - określonego przez producenta. Dla analizowane- Przyjęto przy tym dodatkowe ograniczenie, że moment udźwigu ܯொ powinien być mniejszy od wartości granicznej ܯொ : ܯொ ൌ ܩȉ ݈௪ ܯொ go żurawia samojezdnego wartość tego momentu, wynikająca z jego wytrzymałości konstrukcyjnej, wynosi ܯொ = 100 kNm [3, 6]. (2) gdzie: ܩ- obciążenie wywracające, którego przekroczenie wywołuje utratę stateczności, Utratę stateczności można zaobserwować dla takich konfiguracji żurawia, w których trajektorie ߬ௐೠ ǡ wyznaczone przez środki ciężkości ܹ௨ , znajdują się poza strefą prostokąta ܵଵ ܵଶ ܵଷ ܵସ . Dla granicznych krzywych ߬ௐೠ (stycznych do krawędzi wywrotu ܵଵ ܵଶ ) środki ciężkości ܹ௨ znajdują się wewnątrz tego prostokąta (rys. 5), a więc warunki stateczności są spełnione. ܩൌ ܩ ܩ௭ ܩ ܩ , ܩ௭ , ܩ - ciężary ładunku l, zawiesia z i haka h. 39 (3) MODEL SYMULACYJNY ŻURAWIA SAMOJEZDNEGO Z ZAPEWNIENIEM (...) S1(xS1,zS1) S2(xS2,zS2) krawħdǍ wywrotu S1S4 O b z τWu:ml=320kg,lw=16m τWu:ml=370kg,lw=14,42m x τWu:ml=450kg,lw=12,32m τWu:ml=580kg,lw=10,22m τWu:ml=790kg,lw=8,22m τWu:ml=1130kg,lw=6,32m τWu:ml=1730kg,lw=4,57m τWu:ml=3750kg,lw=2,46m S4(xS4,zS4) a S3(xS3,zS3) Rys. 5. Graniczne trajektorie ߬ௐೠ ൌ ݂ሺܩ ǡ ݈௪ ǡ ݔௌೠ ǡ ݖௌೠ ሻ dla których żuraw spełnia warunki stateczności Rys. 6. Wykres udźwigów ܳ௨ ൌ ܳௗ ൌ ܳ௫ ൌ ݂ሺ݈௪ ሻ dla żurawia samojezdnego znacznie mniejsza od wartości ܯொ = 100 kNm. Dlate- Przyjmując, że dopuszczalny moment udźwigu żurawia ܯொ = 100 kNm, w określonym zakresie pracy, można go w określonym zakresie pracy żurawia można zwiększyć jego udźwig lub wysięg nawet do wartości ܳ = 1240 kg lub ݈௪ = 12,4 m. Jednakże przy wysięgu ݈௪ǡ zmieniającym się w zakresie od 8 do 12,4 m, należy liczyć się z tym, że podczas przemieszczania się ładunku o masie powyżej 800 kg może się on znaleźć w strefie utraty stateczności. W przypadku takiego zagrożenia należy zmniejszyć wysięg żurawia co najmniej do wartości ݈௪ = 8 m. zwiększyć jego udźwig z wartości ܳௗ do wartości ܳԢௗ . Postępowanie takie jest możliwe, jeżeli w zagrożonej strefie stateczności zmniejszy się wysięg żurawia. Posługując się krzywą udźwigu ܳௗ ൌ ݂ሺ݈௪ ሻ, można wyznaczyć udźwig żurawia ܳ௨ dla określonego gu ݈௪ . Na przykład dla wysięgu wynoszącego ݈௪ = 8 m maksymalny udźwig żurawia w całym zakresie obrotu kolumny obrotowej wynosi ܳ௨ ൌ ܳ௫ = 800 kg. Przy tym wartość momentu udźwigu ܯொ = 64,4 kNm jest W kolejnym przykładzie, dla konfiguracji pokazanej na rys. 7., ładunek ܳ = 810 kg znajdujący się w pozycji 40 Wojciech Kacalak, Zbigniew Budniak, Maciej Majewski początkowej A należy przemieścić za pomocą żurawia samojezdnego w położenie końcowe znajdujące się w punkcie B. W każdej chwili położenie przemieszczanego ładunku ܳ określa wektor ݎԦ . Zadanie przeładunkowe zrealizowano w dwóch wariantach. Wektory określające położenie początkowe ݎԦ i końcowe ݎԦೖ przemieszczanego ładunku, dla obydwu wariantów, są takie same. Natomiast położenia pośrednie różnią się. pocz Lpocz Kierunek obrotu kolumny Lpocz r'l τWu: ml = 790kg, lw = 8,22m rlpocz x O rl z τ'l :Ql=800kg, lw=const=12,2m Przemieszczanie siħ ųadunku przez zagroǏonČ strefħ τWu: ml=812kg, lw=12,32m rlkon τl : Ql =800kg, lw = var = 8,22-12,2m Bezpieczny tor przemieszczania siħ ųadunku B = Lkoŷc(xLkoŷc , zLkoŷc) Rys. 7. Tory przemieszczania się ładunku ܳ = 800 ÷812 kg po trajektoriach ߬ i ߬Ԣ , gdzie: ߬ - stabilny ruch w całym zakresie dla ݈௪ = var = 6,67÷12,32 m, ߬Ԣ - ruch po okręgu o promieniu ݈௪ = 12,2 m W pierwszym wariancie środek ciężkości ładunku ܵ ሺݔௌ ǡ ݖௌ ሻ, dla kolumny żurawia wykonującej ruch obrotowy ze stałą prędkością ߱ , przy stałym wysięgu wynoszącym ݈௪ = 12,2 m, zakreśla łuk ߬Ԣ . Podczas ruchu obrotowego kolumny środek ciężkości układu przeładunkowego ܹԢ௨ zakreśla trajektorię pokazaną na rys. 8. W analizowanym przypadku następuje utrata stateczności żurawia od 11,1 do 15,3 sekundy. W tym czasie podpory ܵଶ i ܵଷ tracą kontakt z podłożem - wartość reakcji pionowych ܴ௬మ ൌ ܴ௬య ൌ 0 (rys. 9). W drugim wariancie, aby zapewnić stabilność pracy żurawia, przyjęto takie rozwiązanie, w którym środek masy układu przeładunkowego ܹ௨ przemieszcza się po trajektorii ߬ . Podczas ruchu obrotowego kolumny żurawia następują kolejno występujące po sobie przemieszczenia ramion teleskopowych żurawia ݐହ ǡ ݐସ ǡ ݐଷ i ݐଶ . Wpływ tych napędów na wektor położenia punktu H, do którego jest podwieszony ładunek, pokazano na rys. 10. 41 MODEL SYMULACYJNY ŻURAWIA SAMOJEZDNEGO Z ZAPEWNIENIEM (...) Rys. 8. Rzut na płaszczyznę poziomą ܱ ݖݔtrajektorii ruchu środka ciężkości masy ܹ௨ ሺݔௌೠ ǡ ݖௌೠ ሻ układu przeładunkowego żurawia dla dwóch wariantów: I - ܹԢ௨ dla ݈௪ = const = 12,2 m, II - ܹ௨ dla ݈௪ = var = 6,67 ÷ 12,32 m pracy w każdej podporze występuje kontakt z podłożem, wszystkie reakcje pionowe ܴ௬భ ǡ ܴ௬మ ǡ ܴ௬య ǡ ܴ௬ర są większe od 0. Rys. 9. Reakcje pionowe podłoża na układ podporowy żurawia przy przenoszeniu ładunku ܳ = 800 kg oraz wysięgu żurawia ݈௪ = const =12,2 m - Wariant I Rys. 11. Reakcje podłoża na układ podporowy żurawia przy przenoszeniu ładunku o masie ܳ = 800 kg i wysięgu żurawia ݈௪ = var = 6,67 ÷ 12,32 m - Wariant II 5. PODSUMOWANIE W niniejszym artykule przedstawiono nowe podejście do problemu analiz stateczności układu przeładunkowego dotyczącego różnych stanów obciążeń i różnych trajektorii przemieszczeń ładunku z wykorzystaniem nowoczesnych technik komputerowych CAD/CAE. Przedstawiona w pracy metodologia, na przykładzie żurawia samojezdnego typu HDS HIAB XS111, umożliwia analizę ruchu przenoszonego ładunku dla wybranych konfiguracji. Rys. 10. Rzut na płaszczyznę poziomą ܱ ݖݔtrajektorii ruchu środka ciężkości masy ܹ௨ ሺݔௌೠ ǡ ݖௌೠ ሻ układu przeładunkowego żurawia dla dwóch wariantów: I - ܹԢ௨ dla ݈௪ =const=12,2m; II ܹ௨ dla ݈௪ = var = 6,67 ÷ 12,32 m Uzyskane wyniki symulacji numerycznych, spełniających warunki stateczności, pozwalają określić dopuszczalną obciążalność żurawia dla zadanego wysięgu. Zastosowanie korekcji przemieszczeń ruchomych elementów żurawia może zapobiec odrywaniu się podpór, a tym samym umożliwia w pełni bezpieczną pracę w każdych warunkach. Podczas realizacji ruchu obrotowego kolumny i przemieszczeń liniowych ramion teleskopowych środek ciężkości ܹ௨ cały czas znajduje się wewnątrz prostokąta ܵଵ ܵଶ ܵଷ ܵସ (rys.8). Oznacza to, że żuraw stoi na wszystkich czterech podporach, a więc nie zachodzi utrata stateczności i układ pracuje stabilnie. Potwierdzeniem tego jest rys.11., na którym pokazano, że w całym cyklu Znajomość przedstawionych w pracy zależności można wykorzystać przy projektowaniu układu podporowego 42 Wojciech Kacalak, Zbigniew Budniak, Maciej Majewski Projekt finansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach Programu Badań Stosowanych umowa nr: PBS3/A6/28/2015. żurawia i automatycznego systemu do kontroli stabilności maszyny podczas pracy. Umożliwia to także przeprowadzenie optymalizacji trajektorii przemieszczeń elementów roboczych żurawia dla określonych zadań z uwzględnieniem wielu kryteriów i warunków ograniczających. Literatura 1. Budniak Z., Chudy J., Jasiukajtis Ł., Wojcieszak S.: Projekt samozakleszczającego się zawiesia żurawia samochodowego. „Autobusy: technika, eksploatacja, systemy transportowe” 2012, nr 5, s. 56-62. 2. Janusz J., Kłosiński J.: Wpływ wybranych strategii sterowania ruchami roboczymi żurawia samojezdnego na jego stateczność. „Acta Mechanica et Automatica” 2010, vol. 10, nr 2, s. 74-80. 3. Kacalak W., Budniak Z., Majewski M.: Analiza stateczności żurawia dla różnych stanów obciążeń i różnych trajektorii przemieszczeń ładunku. „Mechanik” 2016, nr 12, s. 1820-1823. 4. Majewski M., Kacalak W.: Intelligent speech-based interactive communication between mobile cranes and their human operators. ICANN 2016, Barcelona, Spain. „Lecture Notes in Computer Science - Artificial Neural Networks and Machine Learning”, Vol. 9887. Springer 2016. p. 523-530. DOI: 10.1007/978-3-319-44781-0_62 5. Majewski M., Kacalak W.: human-machine speech-based interfaces with augmented reality and interactive systems for controlling mobile cranes. ICR 2016, Budapest, Hungary. „Lecture Notes in Computer Science”, Vol. 9812. Springer 2016. p. 89-98. DOI: 10.1007/978-3-319-43955-6_12 6. Pajor M., Herbin P.: Modelowanie kinematyki prostej i odwrotnej żurawia samochodowego o strukturze redundantnej z wykorzystaniem środowiska Matlab. „Modelowanie Inżynierskie” 2016, nr 58, 2016, s. 44-50. 7. PN-ISO 4304:1998 - Żurawie samojezdne. Wyznaczanie stateczności. 8. PN-ISO 4305:1998 - Dźwignice. Żurawie samojezdne. Wyznaczanie stateczności. 9. Posiadała B., Tomala M.: Model obliczeniowy ruchu ładunku przenoszonego za pomocą dwuczłonowego układu chwytakowego. „Modelowanie inżynierskie” 2011, t. 10, nr 41, s. 323-330. 10. Posiadała B. i in.: Modelowanie, identyfikacja modeli i badanie dynamiki żurawi samojezdnych. W: Praca zbiorowa pod redakcją B. Posiadały. Warszawa: WNT, 2005. 11. Posiadała B., Waryś.P.: Modelowanie i badania symulacyjne ruchu żurawia leśnego w cyklu roboczym. „Modelowanie Inżynierskie” 2011, t. 10, nr 41 (2011), s. 331-338. 12. Rauch A., Singhose W., Fujioka D., Jones T.: Tip-over stability analysis of mobile boom cranes with swinging payloads. „Journal of Dynamic Systems Measurement and Control” 2013, 135(3):031008, p. 1-6. 13. Skrzymowski W.: Żurawie przeładunkowe: budowa i eksploatacja. Krosno: Wyd. KaBe 2006. 14. Skrzymowski W.: Żurawie samojezdne i wieżowe: konserwacja i montaż. Krosno: Wyd. KaBe 2007. 15. Suwaj S., Maczyński A.: Sprawdzanie stateczności żurawia w trakcie realizacji ruchów roboczych. „Transport Przemysłowy” 2001, nr 4/10, s. 26-29. 16. Tuchliński R.: Żurawie przeładunkowe typu HDS. Warszawa: Agencja Wyd. Liwona, 2012. Artykuł dostępny na podstawie licencji Creative Commons Uznanie autorstwa 3.0 Polska. http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/pl 43
