IMK-14 – Istraživanje i razvoj u teškoj mašinogradnji 24(2018)3, SR75-82 UDC 621 ISSN 0354-6829 *Kontakt adresa autora: Bulevar Nikole Tesle 63/5, 18000 Niš, Srbija, email:goran.pavlovic@alfatec.rs Optimalno projektovanje zavarenog I-nosača strele stubne konzolne dizalice Goran Pavlović 1* , Mile Savković 2 , Goran Marković 2 , Nebojša Zdravković 2 , Jelena Stanojković 1 1 Istraživačko-razvojni centar Alfatec d.o.o., Niš (Srbija) 2 Fakultet za mašinstvo i građevinarstvo u Kraljevu, Univerziteta u Kragujevcu, Kraljevo (Srbija) U ovom radu predstavljen je postupak analize i optimizacije konstrukcije strele stuble konzolne dizalice. Smanjenje mase zavarenog I-nosača strele, odnosno površine poprečnog preseka nosača, postavljeno je kao glavni cilj ovog istraživanje, pri čemu je suština da se standardni valjani I-profil zameni zavarenim. Kao glavne funkcije ograničenja procesa optimizacije, pored kriterijuma dozvoljenog ugiba i dozvoljenog napona, posmatrani su i naponi u šavovima, kako u samom nosaču, tako i u vezi nosača sa okretnim delom konstrukcije. Takođe, korišćene su i određene konstruktivne i tehnološke preporuke, koje predstavljaju dodatne funkcije ograničenja u postupku optimizacije. Optimizacija je izvršena korišćenjem MATLAB softverskog paketa, primenom algoritma ubrzanog roja čestica (APSO), algoritma svitca (FA) i algoritma kukavičje pretrage (CSA), kao i Ms EXCEL softverskog paketa, korišćenjem alata Solver, gde su upotrebljeni algoritmi optimizacije za nelinearne probleme sa ograničenjem (metod generalizovanog redukovanog gradijenta i evolucioni algoritam optimizacije). Dobijeni rezultati verifikovani su na realnim primerima konstrukcija stubnih konzolnih dizalica i pokazali opravdanost primene datog postupka. Ključne reči: Stubna konzolna dizalica, Matlab, Ms Excel, Optimizacija, Zavareni nosač 1. UVOD Današnja industrija zahteva svestranu, efikasnu i ekonomičnu opremu, a istovremeno treba da pruža više fleksibilnosti uz značajne uštede kroz povećanu produktivnost. Stubne konzolne dizalice mogu znatno pomoći u poboljšanju efikasnosti manipulacije materijalom i tokovima rada i proizvodnje. Ozbiljnija razmatranje treba da se odnose kod primene ovih dizalica koje zahtevaju češća ponovljanja podizanje i prenos tereta unutar fiksnog luka rotacije dizalice. Potreba kontinualnog poboljšanja u tehnologijama manipulacije materijalom je zajednička karakteristika mnogih modernih inženjerskih problema i poduhvata. Pravilan izbor opreme i dimenzionisanje segmenata celokupnog sistema je od velikog značaja. Potrebno je da budu ispunjeni svi neophodni uslovi kako bi oprema bila stabilna, sigurna i bezbedan za rad, a takođe treba voditi računa i o ceni koštanja. Zato je neophodna detaljna analiza i optimizacija parametara konstrukcije dizalice. Treba da se obezbedi smanjenje broja servisiranja, kao i nesmetano funkcionisanje opreme bez brekida u radu. Konzolni deo celokupne strukture stubne dizalice je najodgovorniji deo strukture, i predmet je analize i istraživanja u ovom radu. Konstrukcija stuba nije tema analize i optimizacije, pošto se radi o segmentu izrađenom od standardne šavne cevi, tako da optimizacija ove geometrije nije od značaja za primenjeni postupak optimizacije u ovom istraživanju, zbog samog ekonomskog aspekta, što se tiče fabrikovanja ovakvih tipova nosača. Optimizacija predstavlja proces gde se dobijaju najbolje vrednosti parametara optimizacije (varijabli) na osnovu zadatih funkcija ograničenja, kao i donjih i gornjih graničnih vrednosti parametara, za posmatranu funkciju cilja. Najzastupljeniji su postupci optimizacije koje imaju za cilj minimizaciju mase, cene koštanja i slično. U zadnje vreme su sve više prisutne multi-objektivne optimizacije, gde postoji više funkcija cilja u procesu optimizacije. Iz navedenih razloga i zbog značaja ovih tipova konstrukcija, prisutan je veliki broj istraživanja i publikacija koje se bave problemima analize i optimizacije struktura ovih tipova dizalica, a naročita konstrukcije strele konzolne dizalice, kao njenog najvažnijeg i najodgovornijeg segmenta. Zbog samog načina izvođenja i oblika struktura konzolnih dizalica, kao najznačajniji kriterijum i uslov u procesu analize i optimizacije se uzima ugib vrha strele konzole, a takođe se posmatraju i naponska stanja cele strukture. Analiza ugiba i naponskih stanja se u najvećem broju slučaja vrši primenom MKE, pri čemu se rezultati porede sa analitičkim ([1], [2], [3], [4], [6], [10] i [11]). U radu [1] izvršena je analiza ugiba i naponskih stanja strele konzolne dizalice primenom ANSYS softverskog paketa, pri čemu je 3D model izveden u CATIA softverskom paketu. Pored tipičnog standardnog I-profila koji se najčešće koristi kod ovih konstrukcija, posmatran je i standardni kutijasti profil. Slično prethodnom, u radu [2] je primenom COSMOS softverskog paketa izvršena analiza I-profila strele, dok je 3D model generisan u SOLIDWORKS softverskom paketu. U radovima [3] i [4], za razliku od prethodno navedenih radova, analizirane su celokupne strukture konzolnih dizalica (stub i konzolni deo). U radu [3] analizirani su različiti tipovi čelika na primeru jedne stubne konzolne dizalice primenom ANSYS softverskog paketa, dok je 3D model izrađen u softverskom paketu Pro/E. Date su preporuke za izbor tipa čelika, s obzirom na uslove dizalice u eksploataciji. U radu [4] autori su izvršili sveobuhvatnu analizu strukture jedne stubne konzolne dizalice, za različite položaje tereta na streli i ugla strele, dge je dopušteni ugib postavljen kao primarni kriterijum, pri čemu su rezultati verifikovani i eksperimentalnim