Введение к работе
Актуальность исследования. Развитие научно-технического прогресса в лесном комплексе России невозможно без создания эффективной техники, сочетающей в себе новые технические решения, обеспечивающие снижение динамической нагруженности, металлоемкости, энергоемкости, вредного воздействия на окружающую среду и оператора. Важное значение в решении этой задачи имеет применение машин манипуляторного типа в лесном комплексе при сортиментной вывозке древесины. Анализ исследования динамики гидропривода лесных манипуляторов показывает, что рабочие процессы механизмов подъёма стрелы сопровождаются большими динамическими нагрузками, вызывающими резкие скачки давления рабочей жидкости в пуско-тормозных режимах. Захват длинномерных сортиментов не всегда осуществляется по центру их тяжести, поэтому при остановках манипулятора в промежуточных положениях происходит раскачивание груза, которое вызывает колебательные процессы и знакопеременные напряжения в металлоконструкции, что снижает их надежность и производительность. Отказы в работе гидропривода составляют 30 % от общего количества отказов по машинам манипуляторного типа. Существующие демпфирующие устройства срабатывают только в конечных положениях поршней гидроцилиндров.
Решению задач создания высокоэффективных конструкций лесных манипуляторов сортиментовозов препятствует недостаточная изученность влияния демпфирующих устройств на снижение динамической нагруженности и повышение производительности сортиментовозов.
Работа выполнена в соответствии с госбюджетной темой ГОУ ВПО "ВГЛТА" "Совершенствование технологий, машин и оборудования лесного комплекса" (№ гос. регистрации 01.2.00609242).
Степень разработанности проблемы. Вопросами исследования рабочих процессов манипуляторов при заготовке древесины занимались такие ученые, как В.Н. Андреев, В.А. Александров, К.Н. Баринов, И.М. Бартенев,
В.Н. Винокуров, З.К. Емтыль, Ю.Ю. Герасимов, П.М. Мазуркин,
Ю.М. Жданов, Ф.В. Пошарников, П.И. Попиков, В.И. Казаков, Ю.А. Ширнин, В.С. Сюнев, А.М. Цыпук и др.
Из анализа теоретических исследований параметров существующих технических устройств для снижения динамической нагруженности и колебательности переходных процессов гидропривода лесных манипуляторов следует, что наиболее перспективными являются дополнительные демпферы, подключенные в гидропривод подъема стрелы манипуляторов. Однако рабочие процессы и параметры дополнительных демпферов недостаточно исследованы, особенно при промежуточных положениях поршней гидроцилиндров, при остановках манипулятора, при погрузке и разгрузке сортиментов.
Цель и задачи исследования. Целью работы является повышение эффективности работы лесных манипуляторов сортиментовозов путем совершенствования механизма подъема стрелы манипулятора за счёт обоснования и оптимизации параметров дополнительного демпфирующего устройства.
В соответствии с поставленной целью в диссертации решаются следующие основные задачи:
1. Обосновать гидрокинематическую схему лесного манипулятора сортиментовоза с дополнительным демпфером;
2. Разработать математическую модель рабочих процессов гидропривода механизма подъема стрелы манипулятора с дополнительным демпфером для уменьшения колебаний давления рабочей жидкости при промежуточных положениях поршня гидроцилиндра;
3. Получить экспериментальные зависимости динамических характеристик гидропривода механизма подъёма стрелы манипулятора с подключением дополнительного демпфера;
4. Обосновать и оптимизировать параметры демпфера гидропривода механизма подъема манипулятора, реализовать в опытной конструкции и определить ожидаемый экономический эффект от его внедрения.
Предмет и объект исследования. Объектами исследования являются демпфер, гидропривод, манипулятор сортиментовоза.
Предметом исследования является математическая модель, методы и алгоритмы поиска оптимальных конструктивных и технологических параметров манипулятора с дополнительным демпфером.
Методологическая, теоретическая и эмпирическая базы исследования. Теоретические исследования базировались на математическом моделировании рабочих процессов гидроманипуляторов. Решение систем дифференциальных уравнений осуществлялось с применением численного интегрирования на ЭВМ. Обоснованность и достоверность результатов обеспечивается сопоставлением данных теоретических, лабораторных и производственных экспериментов.
Научные результаты, выносимые на защиту:
1. Математические модели рабочих процессов механизма подъема стрелы, позволяющие учесть влияние конструкции и параметров демпфера на динамическую нагруженность манипулятора в различных режимах.
2. Динамические и конструктивные параметры дополнительного демпфера, позволяющие усовершенствовать гидросистему механизма подъема стрелы манипулятора сортиментовоза.
3. Закономерности изменения давления рабочей жидкости в гидроприводе механизма подъема стрелы манипулятора сортиментовоза, позволяющие оптимизировать параметры дополнительного демпфера.
4. Рекомендации по общей компоновке гидропривода механизма подъема стрелы манипулятора, оснащенного дополнительным демпфером, позволяющие повысить качество и эффективность рабочего процесса манипулятора сортиментовоза.
Научная новизна результатов исследования
1. Разработаны математические модели рабочих процессов механизма подъема стрелы манипулятора с дополнительным демпфером, отличающиеся учетом влияния конструкции и параметров демпфера на динамическую нагруженность и производительность манипулятора в различных режимах. Программа решения модели на ЭВМ подтверждена свидетельством
№ 2009610503.
2. Обоснованы динамические параметры механизма подъема стрелы с дополнительным демпфером, отличающиеся оптимальными значениями, полученными по критериям снижения динамической нагруженности манипулятора сортиментовоза в рабочих режимах.
3. Установлены закономерности изменения давления рабочей жидкости в гидроприводе механизма подъема манипулятора сортиментовоза, отличающиеся учетом параметров дополнительного демпфера
4. Обоснована компоновка дополнительного демпфера в гидроприводе механизма подъема манипулятора, отличающаяся учетом динамических характеристик элементов гидропривода в рабочих процессах лесного манипулятора сортиментовоза.
Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая значимость заключается в установлении влияния конструктивных и технологических параметров дополнительного демпфера на работу гидропривода механизма подъема стрелы манипулятора; получении математической модели рабочих процессов манипулятора сортиментовоза; разработке нового демпфера гидропривода механизма подъема стрелы манипулятора, новизна которого подтверждена патентом на полезную модель № 89091.
Разработанные на основе математического моделирования алгоритмы, программы для моделирования работы демпфера гидросистемы манипулятора сортиментовоза, рекомендации по выбору параметров дополнительного демпфера, влияющих на работу гидропривода механизма подъема стрелы манипулятора, используются в ОАО "Майкопский машиностроительный завод", конструкторском бюро ЦОКБлесхозмаш, учебно-опытном лесхозе ВГЛТА и в учебном процессе ГОУ ВПО "Воронежская государственная лесотехническая академия" при подготовке инженеров лесотехнического профиля.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертация соответствует паспорту специальности 05.21.01 – Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства (критерий п. 8 «Положение о порядке присуждения ученых степеней» Минобрнауки России).
Апробация и реализация результатов диссертации. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежской государственной лесотехнической академии (2005-2010 гг.), на технических советах ОАО "Майкопский машиностроительный завод, ЦОКБлесхозмаш, а также заседаниях кафедры механизации лесного хозяйства и проектирования машин ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия».
Публикации. Основные научные разработки по теме диссертации опубликованы в 14 научных печатных работах, в том числе 3-в изданиях центральной печати, рекомендованных ВАК Министерства образования и
науки РФ, 1 патент на полезную модель и 2 свидетельства государственной регистрации программ для ЭВМ рабочих процессов гидропривода манипулятора с дополнительным демпфером.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников, включающего 146 наименований. Общий объем
работы-157 страниц, включающих 130 страниц основного текста, 10 таблиц, 50 рисунков, приложения на 27 страницах.
