Объективная информация о работе подъемно-транспортных машин как основа повышения качества информационных систем грузообрабатывающих предприятий

The issue of obtaining primary information and its application to ensure the safe and efficient operation of the equipment of the cargo processing enterprise is considered.The analysis of trends in the operation of lifting machines is carried out. The experience of using the automated unmanned Container Terminal Altenwerder complex in Hamburg has been analyzed. Difficulties in the creation of such complexes, which do not allow fully automated systems to become widespread, are highlighted.As an example of a more widespread approach of partial automation the experience of using the system of remote monitoring of load-lifting cranes by the PJSC "TransContainer" is given. The problem related to the quality of primary information is revealed.The principles of construction of the information and management system are presented. The multi-level hierarchical structure of the system is justified. An elementary unit of the system is a separate hoisting machine with technical means of gathering and forming of primary information. Collection of data on all machines of a separate unit is intended for making operational decisions. The upper level combines units and serves to make managerial decisions on planning of financial, material and labor resources of the enterprise (strategic planning).A data processing algorithm is proposed to determine the intensity of work of lifting equipment.Рассмотрен вопрос получения первичной информации и ее применения для обеспечения безопасной и эффективной работы машин и оборудования грузообратывающего предприятия.Проанализирован опыт применения автоматизированного безлюдного комплекса Container Terminal Altenwerder в г. Гамбурге (Германия). Выявлены трудности при создании подобных комплексов, из-за которых полностью автоматизированные системы не получили широкого применения.В качестве примера более распространённого подхода частичной автоматизации приведен опыт применения системы дистанционного мониторинга грузоподъемных кранов компанией ПАО «ТрансКонтейнер». Выявлена проблема, связанная с обеспечением объективности и доступности первичной информации в режиме реального времени.Изложены принципы построения информационно-управляющей системы. Предложена многоуровневая иерархическая структура системы, элементарной ячейкой которой является отдельная грузоподъемная машина, оснащенная техническими средствами получения и передачи первичной информации. Сбор данных по всем машинам обособленного подразделения предназначен для принятия оперативных решений. Анализ и обобщение информации от обособленных подразделений на вышележащих уровнях служит для принятия управленческих решений по планированию финансовых, материальных и трудовых ресурсов предприятия (стратегическое планирование).Предложен алгоритм обработки данных для определения интенсивности работы грузоподъемного оборудования

Исследование влияния работы ограничителя грузоподъемности с промежуточными порогами на безопасность кранов мостового типа

The analysis of the operating algorithm of the existing lifting capacity limiters is given. The considered approach is to disconnect the hoisting mechanism when load limit value is reached. For a number of cranes, characterized by relatively high values of dynamism coefficients, it is shown that it is impossible to meet the safety requirements when using the algorithm with a single threshold.The purpose of the study was to evaluate the effect of the load limiter, which uses an algorithm of operation with intermediate thresholds of operation, on the safety status of overhead cranes.The algorithm of the capacity limiter operation with intermediate thresholds is described. The possibility of achieving the requirements of regulatory and technical documentation relating to the protection of the crane from overloading, based on the algorithm of the capacity limiter with intermediate thresholds is confirmed experimentally.On the experimental basis, the effect of the studied capacity limiter algorithm on the dynamism coefficient is examined. It is shown that while lifting near-nominal loads (85–125% of nominal weight) the peak dynamic load on the crane is reduced by 9.2–29.4%.It is concluded that the algorithm with intermediate thresholds is applicable to meet the requirements for protecting the crane from overloads. The reduction of dynamic loads during the lifting of near-nominal loads, which increases the lifetime of the crane components, is evaluated.Приведен анализ алгоритма работы существующих ограничителей грузоподъемности. Рассмотренный подход заключается в отключении механизма подъема при достижении одного предельного значения нагрузки. Для ряда кранов, отличающихся относительно высокими значениями коэффициентов динамичности, показана невозможность выполнения требований безопасности при использовании алгоритма с одним порогом.Цель исследования заключалась оценке влияния работы ограничителя грузоподъемности, использующего алгоритм работы с промежуточными порогами срабатывания, на состояние безопасности кранов мостового типа.Экспериментально подтверждена возможность выполнения требований нормативных и технических документов, касающихся защиты крана от перегрузки, на основе алгоритма ограничителя грузоподъемности с промежуточными порогами.Экспериментально исследовано влияние работы изучаемого алгоритма ограничителя грузоподъемности на коэффициент динамичности. Показано, что при подъеме околономинальных грузов (85 – 125% от номинального веса груза), значение коэффициента динамичности снижается на 9,2 – 29,4%.Сделан вывод о применимости алгоритма с промежуточными порогами для выполнения требований по защите крана от перегрузок, а также о снижении динамических нагрузок при подъеме околономинальных грузов, что увеличивает срок службы элементов крана

Определение нагрузок на установочные болты при опрокидывании машины с системой защиты ROPS

This paper presents the calculation of the loads on the mounting bolts of the cab of the car when it overturns. The calculation was carried out on a computer in the SolidWorks Motion system. The novelty of the work consists in taking into account the damping properties of the rubber gaskets between the cab and the cab frame when determining the kinematic parameters when the machine is overturned.В данной работе представлен расчет нагрузок на установочные болты кабины машины при ее опрокидывании. Расчёт проведен на ЭВМ в системе SolidWorks Motion. Новизна работы заключается в учёте демпфирующих свойств резиновых прокладок между кабиной и подкабинной рамой при определении кинематических параметров при опрокидывании машины

Верификация математической модели динамики жидкости в проточной части гидротормоза

Introduction. The creation of hydraulic retarders for use in transport equipment (hydrodynamic retarders) is associated with the implementation of the specified mechanical characteristics with the minimum overall dimensions of the product, limited by the cramped layout of the machine. This circumstance requires a wide range of studies on the influence of hydraulic brake parameters, for example, the number and angle of inclination of the blades, the shape of the flow path and the physical and mechanical properties of the working fluid on the implemented mechanical characteristic of the assembly in order to optimize the latter in terms of weight and size parameters.Objective. Verification of the mathematical model of the dynamics of the working fluid in the fluid part of the hydraulic brake, to confirm the calculated data obtained with its help.Methodology and methods. Verification of the developed model was carried out by performing a series of experimental studies using a serial hydrodynamic retarder. To ensure the possibility of a correct comparison, the solid model of the impellers of the hydraulic brake, with the help of which the finite volume model of the flow part of the retarder was created, was obtained using a coordinate measuring machine. During the experiment, a number of stationary operating modes were implemented with different rotor speeds and pressure difference between the inlet and outlet lines of the hydraulic brake. Then the obtained modes were reproduced using the developed mathematical model. The comparison was carried out according to the realized braking torque.Results and scientific novelty. In the course of the studies performed, it was proved that the results obtained using the developed mathematical model of fluid dynamics in the flow part of the hydraulic retarder and in the framework of a full-scale experiment are close. The presented result allows us to consider the developed mathematical model verified and reasonably use it in the study of the influence of various hydraulic brake parameters on its mechanical characteristics.Practical significance. A mathematical model of fluid dynamics in the flow part of a hydrodynamic retarder has been created and verified. The data obtained make it possible to use it in the design of the blade part of the hydraulic retarder to implement the specified mechanical characteristics of the assembly.Введение. Создание гидрозамедлителей для применения на транспортной технике (гидродинамических ретардеров), связано с реализацией заданных механических характеристик при минимальных габаритных размерах изделия, ограниченных стесненной компоновкой машины. Указанное обстоятельство требует проведения широкого круга исследований о влиянии параметров гидротормоза, например, количества и угла наклона лопастей, формы проточной части и физико-механических свойств рабочей жидкости на реализуемую механическую характеристику узла для оптимизации последнего с точки зрения массогабаритных параметров.Цель исследования. Верификация математической модели динамки рабочей жидкости в проточной части гидротормоза, для подтверждения расчетных данных, получаемых с ее помощью.Методология и методы. Верификация разработанной модели была проведена путем выполнения ряда экспериментальных исследований с применением серийного гидродинамического ретардера. Для обеспечения возможности корректного сравнения твердотельная модель лопастных колес гидротормоза, с помощью которой была создана конечнообъемная модель проточной части ретардера, получена с применением координатно-измерительной машины. В ходе эксперимента реализовывался ряд стационарных режимов работы с различными частотами вращения ротора и разностью давлений между входной и выходной магистралью гидротормоза. Затем полученные режимы воспроизводились с применением разработанной математической модели. Сравнение проводилось по реализованному тормозному моменту.Результаты и научная новизна. В ходе выполненных исследований доказано, что результаты, получаемые с применением разработанной математической модели динамики жидкости в проточной части гидрозамедлителя и в рамках натурного эксперимента – близки. Представленный результат позволяет считать разработанную математическую модель верифицированной и обоснованно использовать ее при исследовании влияния различных параметров гидротормоза на его механическую характеристику.Практическая значимость. Создана математическая модель динамики жидкости в проточной части гидродинамического ретардера и проведена ее верификация. Полученные данные позволяют применять ее при проектировании лопастной части гидрозамедлителя для реализации заданных механических характеристик узла

Использование методов топологической оптимизации на ранних стадиях проектирования несущей системы снегохода

When creating modern models of vehicles, including snowmobile motor vehicles, special attention should be paid to the design of power elements, since their careful study allows to increase operational characteristics, for example, load capacity, average speed, controllability, and others. There are various ways to reduce the mass of the power elements of the vehicle: the development of rational power schemes for the perception of loads and the replacement of materials with stronger and lighter ones.The purpose of the study is to develop a snowmobile carrier system that meets the requirements for strength and minimum weight.The article describes the process of creating a lightweight carrier system using topological optimization methods for a snowmobile with increased payload.The object of the study is snowmobile motor vehicles. The subject of the study is the use of topological optimization at the early stages of designing the snowmobile carrier system in order to obtain a rational power circuit and reduce the dead weight of the snowmobile frame.On the example of a utility snowmobile, the main stages of designing the power circuit of the front part of the carrier system of snowmobile motor vehicles are presented. The basic initial data necessary for the development of its concept are determined. As a result of the work, a lightweight carrier system was made from aluminum and steel materials.При создании современных образцов транспортных средств, в том числе снегоходной мототехники, особое внимание следует уделить проектированию силовых элементов, поскольку тщательная их проработка позволяет увеличить эксплуатационные характеристики, например, грузоподъемность, среднюю скорость движения, управляемость и другие. Есть различные пути снижения массы силовых элементов транспортного средства: разработка рациональных силовых схем восприятия нагрузок и замена материалов на более прочные и легкие.Цель исследования – разработка несущей системы снегохода обеспечивающей требования прочности и минимальной массы.В статье описан процесс создания облегченной несущей системы с применением методов топологической оптимизации для снегохода повышенной грузоподъёмности.Объектом исследования являются снегоходная мототехника. Предметом исследования являются применение топологической оптимизации на ранних стадиях проектирования несущей системы снегохода с целью получения рациональной силовой схемы и уменьшения собственной массы рамы снегохода.На примере утилитарного снегохода представлены основные этапы проектирования силовой схемы передней части несущей системы снегоходной мототехники. Определены основные исходные данные необходимые для разработки ее концепции. По итогам работ была изготовленная облегченная несущая система из алюминиевых и стальных материалов

Виртуальный стенд для исследования нагружения звеньев задней подвески высокоподвижного многоцелевого колесного транспортного средства на ранних этапах разработки

For high mobility multipurpose wheeled vehicles (HMMWV) fuel efficiency, turnability, maneuverability, stability, controllability and smoothness are important operational properties.The suspension is an important structural element of the HMMWV, which reduces the intensity of vibration and dynamic loads arising from the interaction of the wheels with irregularities of the supporting surface, which is especially necessary when driving in extreme road operating conditions in which the use of this vehicle is supposed to be. In this regard, in the early stages of the development of the suspension, it is advisable to use a system for calculating the dynamics of bound bodies to assess the forces and moments acting in its structural elements.In this work, a mathematical suspension model was created in the system for calculating the dynamics of bound bodies, the most dangerous loading modes are selected and numerical characteristics of loading are determined for them - reactions in the contact spot of the wheel propulsor with the bearing surface, simulation of the selected modes and analysis of the obtained results were carried out, a conclusion was made on the operability and adequacy of the obtained virtual stand and on the possibility of its further use as part of the dynamic model of the entire HMMWV. The mathematical model of the rear two arm suspension includes all its main structural elements, such as the lower and upper arms, fists, hub assemblies, elastic and damping elements.Virtual stand for studying loading of rear suspension of HMMWV has increased accuracy of loads calculation in comparison with flat kinematic and force calculation.Since the mathematical model of the virtual stand has a number of variable design parameters, it allows conducting studies of the influence of these parameters on the operational properties of the HMMWV without using expensive full scale prototypes. This makes it possible in the early stages of design to determine the loads acting on the rear suspension links, which can be used in strength calculations and selection of components of the suspension.Создана математическая модель подвески в системе расчета динамики связанных тел, выбраны наиболее опасные нагрузочные режимы и определены для них числовые характеристики нагружения — реакции в пятне контакта колесного движителя с опорной поверхностью, проведено моделирование выбранных режимов и выполнен анализ полученных результатов, сделано заключение о работоспособности и адекватности полученного виртуального стенда и о возможности его дальнейшего использования в составе динамической модели всего высокоподвижного многоцелевого колесного транспортного средства (ВМКТС)

Применение алгоритма скользящего среднего для задачи определения массы груза

The research is devoted to the development of the weight-measurement algorithm for load-lifting cranes. The specifics of the problem is a long damping dynamic process with one amplitude-dominant harmonic. Based on the analysis of the literature, the filter (moving average) most applicable to the conditions of this problem has been found.The research goal was to develop an algorithm for weight measurement using a moving average filter.The stages of algorithm operation are described: determining the lifting start, searching for the peak load, determining the oscillation period, smoothing the data, determining the mass of the load with a defined accuracy.Experimental comparison of the algorithms using a moving average filter and a direct averaging showed the independence of the algorithm on the repeatability. At the same time, the application of the developed algorithm made it possible to reduce the weighting time by 4...9 times (1.0. 6.1 sec).The correlation between the measurement time and the accuracy of the buffer length calculation is revealed. This correlation determines the requirement for the analog-to-digital converter of the weighing devices.It is concluded that the algorithm with a moving average filter is highly applicable to the task of measuring the load mass in conditions of static weighing (with switching off mechanisms).Исследование посвящено разработке алгоритма весоизмерения применительно к грузоподъемным кранам. Спецификой задачи является длительно затухающий динамический процесс с одной преобладающей по амплитуде гармоникой.На основе анализа литературы выявлен фильтр (скользящеее среднеее), наиболее пригодный для условий данной задачи.Целью исследования ставилась разработка алгоритма весоизмерения с использованием фильтра скользящего среднего.Описаны этапы работы алгоритма: определение начала подъема, поиск пиковой нагрузки, определение периода колебаний, сглаживание данных, определение массы груза с заданной точностью.Экспериментальное сравнение алгоритмов, использующих фильтр скользящего среднего и непосредственное осреднение, показало независимость влияния алгоритма на повторяемость. При этом за счет применения разработанного алгоритма удалось снизить время весоизмерения в 4…9 раз (1,0…6,1 с).Выявлена зависимость времени измерения от точности вычисления длины буфера, определяемого по периоду наиболее высокоамплитудной гармоники. Данная зависимость определяет требование к аналого-цифровому преобразователю весоизмерительного устройства.Сделан вывод о высокой степени применимости алгоритма с фильтром скользящего среднего для задачи измерения массы груза в условиях статического взвешивания (при отключенных механизмах)

Разработка ROPS из алюминиевых сплавов для фронтальных погрузчиков

Relevance. Currently, cabs with integrated rollover protection devices (roll over protective structure; ROPS) and protection against falling objects (falling-object protective structure; FOPS) are widely used for frontend loaders. If the design of FOPS is not affected by the mass parameters of the machine, then ROPS significantly depends on them. For a loader with ROPS, the cab is a difficult and expensive part. One of the ways to reduce the cost of its production is the unification of units for a standard-sized range of loaders. But then the ROPS design should be done for the loader model with the largest mass. However, this approach leads to an increase in the metal consumption and cost of loaders with a lower load capacity. As a result, the energy efficiency of the machine decreases.A promising direction for improving energy efficiency is to reduce the weight of cabins through the use of aluminum alloys, because they have a high specific strength relative to steel. The objects of the study are wheeled front loaders with a gross weight of 10, 15 and 30 tons. The subject of the study is the application of computational methods based on the finite element method in the design of cabins made of aluminum alloys.The purpose of the study is to develop a methodology for designing an aluminum alloy cabin frame, which will allow obtaining a cabin of lower weight and increased manufacturability compared to analogues.Methodology and methods. The article presents the developed finite element models of structurally similar cabin samples in a static formulation, taking into account geometric and physical nonlinearities.Results and scientific novelty. The paper presents a method for selecting the main design parameters of an aluminum alloy cabin.Practical significance. The results obtained can be used to create cabs of front-end loaders.Актуальность. В настоящее время для фронтальных погрузчиков широкое распространение получили кабины с интегрированными устройствами защиты при опрокидывании (roll over protective structure; ROPS) и защиты от падающих предметов (falling-object protective structure; FOPS). Если на конструкцию FOPS не влияют массовые параметры машины, то ROPS существенно от них зависит. Для погрузчика с ROPS сложной и дорогостоящей частью является кабина. Одним из путей снижения стоимости её производства является унификация узлов для типоразмерного ряда погрузчиков. Но тогда проектирование ROPS должно быть выполнено для модели погрузчика с наибольшей массой. Однако такой подход приводит к увеличению металлоемкости и стоимости погрузчиков, имеющих меньшую грузоподъемность. В итоге снижается энергоэффективность машины.Перспективным направлением повышения энергоэффективности является снижение массы кабин за счет применения алюминиевых сплавов, т.к. они обладают высокой удельной прочностью по отношению к стали. Объектами исследования являются колесные фронтальные погрузчики полной массой 10, 15 и 30 тонн. Предметом исследования является применение расчетных методов, основанных на методе конечных элементов при проектировании кабин из алюминиевых сплавов.Цель исследования – разработать методику проектирования каркаса кабины из алюминиевого сплава, которая позволит получить кабину меньшей массы и повышенной технологичности по сравнению с аналогами.Методология и методы. В статье представлены разработанные конечно-элементные модели конструктивно-подобных образцов кабины в статической постановке с учетом геометрической и физической нелинейностей.Результаты и научная новизна. В работе представлена методика выбора основных конструктивных параметров кабины из алюминиевого сплава.Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы при создании кабин фронтальных погрузчиков

«Карнотизация» рабочих циклов тепловых двигателей

The article presents the results of a theoretical analysis of the possibilities of approximation of real thermodynamic cycles to the reversible Carnot cycle. Typical examples are considered: regenerative cycle, Uvarov cycle and steam-gas cycle. The areas of application of "carnotization" of cycles are shown. The article is intended for teachers and students of technical universities.В статье изложены результаты теоретического анализа возможностей приближения реальных термодинамических циклов к обратимому циклу Карно. Рассмотрены характерные примеры: регенеративный цикл, цикл Уварова и парогазовый цикл. Показаны области применения «карнотизации» циклов. Статья предназначена для преподавателей и студентов технических ВУЗов

Определение рационального расположения шарнирных точек крепления системы подрессоривания к несущей системе гоночного автомобиля класса «формула студент»

The article describes the developed mathematical model of the rear suspension system of a racing car of the Formula Student class, which allows analyzing the kinematics of the suspension system. Based on it, a search was carried out for the rational location of the hinge attachment points of the springing system to the carrier system using a surrogate algorithm, taking into account changes in the angles of installation of the wheels. The paper presents an analysis of the kinematics of the springing system for the rational coordinates of the attachment points obtained as a result of the calculation, which meet the design requirements and reduce the range of changes in the angle of convergence during the operation of the springing system. As a result of the performed research, the rational location of the hinge points was determined, taking into account the anti-pecking geometry.В статье приводится описание разработанной математической модели задней системы подрессоривания гоночного автомобиля класса “Формула студент”, позволяющей проводить анализ кинематики системы подвески. На ее основе проведен поиск рационального расположения шарнирных точек крепления системы подрессоривания к несущей системе с использованием суррогатного алгоритма с учетом изменения углов установки колес. В работе приведен анализ кинематики системы подрессоривания для полученных в результате расчета рациональных координат точек крепления, которые соответствуют конструктивным требованиям и позволяют уменьшить диапазон изменения угла схождения в процессе работы системы подрессоривания. В результате выполненного исследования было определено рациональное расположение шарнирных точек с учетом противоклевковой геометрии