Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса. Цель и задачи исследования 8
1.1. Анализ технологий и рабочих процессов гидроманипуляторов 8
1.2. Современный технический уровень погрузочно-разгрузочных манипуляторов 14
1.3. Обзор исследований динамической нагруженности манипуляторов лесных машин 22
1.4. Выводы 28
1.5. Цель и задачи исследования 29
2. Теоретические исследования рабочих процессов гидроманипулятора при совмещении движений звеньев 30
2.1. Разработка математической модели рабочих процессов манипулятора при совмещении движений колонны, стрелы и рукояти 30
2.2. Влияние податливости упругих элементов гидропривода и рабочей жидкости на результаты расчетов по математической модели рабочих процессов манипулятора при совмещении движений колонны, стрелы рукояти 54
2.3. Разработка математической модели рабочих процессов манипулятора режиме торможения колонны 60
2.4. Влияние конструкции гасителя на эффективность затухания колебаний 66
2.5. Влияние характеристик предохранительных клапанов на значения динамических нагрузок в режиме торможения движущегося звена 72
2.6. Определение оптимального соотношения основных параметров сечений элементов конструкции гидроманипулятора 75
3. Программа, методика и результаты экспериментальных исследований абочих процессов манипулятора при совмещении движений 80
3.1. Программа испытаний 80
3.2. Методика испытаний 82
3.3. Результаты испытаний 105
3.4. Выводы 107
4. Технико-экономическая эффективность от внедрения результатов исследований в практику 109
5. Основные выводы и рекомендации 112
6. Библиографический список
- Современный технический уровень погрузочно-разгрузочных манипуляторов
- Влияние податливости упругих элементов гидропривода и рабочей жидкости на результаты расчетов по математической модели рабочих процессов манипулятора при совмещении движений колонны, стрелы рукояти
- Влияние конструкции гасителя на эффективность затухания колебаний
- Технико-экономическая эффективность от внедрения результатов исследований в практику
Введение к работе
Актуальность темы исследования. В лесном комплексе России все более широкое распространение получает сортиментная заготовка древесины. Гидроманипуляторы применяются в валочных, валочно-сучкорезно-раскряжевочных, погрузочно-разгрузочных, сортировочно-пакетирующих и других агрегатных машинах.
Гидроманипуляторы являются важным элементом транспортных технологий современного лесного комплекса. Погрузочно-разгрузочные операции в лесном комплексе отличаются высокой энергоемкостью и трудоемкостью. От технического совершенства гидроманипуляторов зависит нормальное функционирование технологических процессов лесосечных и лесотранспортных машин.
Усиливающаяся конкуренция и все более жесткие требования, предъявляемые к качеству продукции и услуг, вызывают необходимость нововведений и применения новых технологий в лесной промышленности. Лесозаготовительные машины будущего должны обладать большой производительностью, надежностью и относительно низкой себестоимостью.
Наибольшие значения динамических нагрузок, влияющих на надежность работы, манипулятор преодолевает во время переходных процессов, то есть при разгоне и торможении движущих звеньев. Число переходных процессов за один цикл работы манипулятора можно уменьшить совмещением движений звеньев манипулятора. Однако, влияние совмещения движений звеньев на динамическую нагруженность на звенья гидроманипулятора и время цикла исследовано недостаточно. Таким образом, исследование динамической нагруженности и производительности гидроманипулятора при совмещении движений звеньев является актуальной проблемой.
Цель и задачи исследований. Цель диссертационной работы – повышение производительности погрузочно-разгрузочных операций, путем обоснования параметров и режимов работы лесопромышленного манипулятора при совмещении движений звеньев.
Основные задачи исследования:
-
Совершенствование рабочего процесса механизмов стрелы, рукояти и колонны с применением трехпоточной гидросистемы.
-
Разработка математической модели рабочих процессов манипулятора при совмещении движений стрелы, рукояти и колонны с учетом влияния податливости упругих элементов гидросистемы и рабочей жидкости.
-
Получение закономерностей рабочих процессов механизмов стрелы, рукояти и колонны и обоснование параметры механизмов манипулятора.
-
Разработка рекомендаций и предложений по внедрению результатов исследований для усовершенствования конструкции гидроманипулятора; технико-экономическая оценка.
Объект и предмет исследования.
Объектом исследований являются механизмы подъема стрелы, рукояти и поворота колонны лесопромышленного манипулятора.
Предметом исследования являются рабочие процессы, возникающие при совмещении движений стрелы, колонны и рукояти, а также их конструктивные элементы.
Научная новизна результатов работы.
-
Рабочий процесс механизмов стрелы, рукояти и колонны на базе гидросистемы, отличающийся наличием трех потоков рабочей жидкости для совмещения движений трех звеньев манипулятора.
-
Математическая модель рабочих процессов манипулятора сортиментовоза, отличающаяся совмещением движений стрелы, рукояти и колонны с учетом влияния податливости упругих элементов гидросистемы и рабочей жидкости на динамические нагрузки.
-
Закономерности рабочих процессов механизмов стрелы, рукояти и колонны, отличающиеся снижением динамических нагрузок и времени цикла.
-
Технические рекомендации, совершенствующие конструктивные элементы механизмов манипулятора и рабочий процесс.
Теоретическая значимость работы заключается в создании математической модели рабочего процесса механизмов стрелы, рукояти и колонны; результаты теоретических исследований динамической нагруженности механизмов гидроманипулятора и оптимизации параметров поперечных сечений коробов его звеньев.
Практическая значимость работы. Предложенные методы позволяют добиться повышения производительности и снижения динамических нагрузок при совмещении движений трех звеньев манипулятора; определить влияние характеристик предохранительных устройств на динамические нагрузки и производительность гидроманипулятора. Предложенная конструкция гасителя колебаний позволяет сократить время цикла на 5 – 10 %. Предложен метод оптимизации размеров сечений звеньев гидроманипулятора, позволяющий снизить металлоемкость звеньев до 5 %.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертационная работа соответствует паспорту специальности 05.21.01 – Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства.
Методическая, теоретическая и эмпирическая база исследований. Теоретические расчеты основывались на изучении рабочих процессов механизмов манипулятора с помощью численных методов, позволяющих учесть максимальное число факторов и тем самым максимально приблизить математические модели к реальной картине нагружения механизмов. Применение ЭВМ в решении задач позволяет легко варьировать входными параметрами и устанавливать их влияние на динамическую нагруженность механизмов.
Экспериментальные исследования с целью подтверждения результатов теоретического анализа проведены на манипуляторах в центре "Испытатель", аккредитованном Росстандартом.
Научные положения, выносимые на защиту.
-
Теоретические основы совершенствования рабочего процесса механизмов гидроманипулятора на базе трехпоточной гидросистемы, позволяющей увеличить производительность.
-
Математическая модель рабочих процессов манипулятора сортиментовоза, позволяющая описать совмещение движений стрелы, рукояти и колонны с учетом влияния податливости упругих элементов гидросистемы и рабочей жидкости на динамические нагрузки.
-
Закономерности рабочих процессов механизмов стрелы, рукояти и колонны, позволяющие оценить снижение динамических нагрузок и времени цикла.
-
Технические рекомендации, позволяющие усовершенствовать конструктивные элементы механизмов манипулятора и рабочий процесс.
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность научных положений, выводов, рекомендаций подтверждается экспериментальными исследованиями, производственной проверкой опытного образца манипулятора с трехконтурной гидросистемой, а также достаточной сходимостью теоретических и экспериментальных данных.
Результаты исследования доложены и обсуждены на научно-практических конференциях в ФГБОУ ВПО «МГТУ» (г. Майкоп, 2008 г), ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» (г. Воронеж, 2008 – 2013 гг).
Реализация результатов работы. Предложенные методики исследований динамической нагруженности манипулятора и конструкция гасителя внедрены в серийных манипуляторах ЛВ-185-14, ЛB-190-05 на ОАО "Майкопский машзавод". Разработанные с учетом предложенных методик манипуляторы экспонировались на ежегодных международных выставках в 2010 – 2013 гг в городах Москва и Вологда и удостоены дипломами. Полученные научные положения и результаты исследований внедрены в учебно-опытном лесхозе ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия», а также в учебный процесс ФГБОУ ВПО «Майкопский ГТУ», ФГБОУ ВПО «ВГЛТА».
Публикации. Результаты основных научных исследований по теме диссертации освещены в 9 научных работах, 4 из них опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Объем и структура диссертации. Диссертация включает в себя введение, четыре главы, основные выводы и рекомендации, библиографический список и приложения. Общий объем работы содержит 147 страниц печатного текста, из которых 124 страниц – основной текст, 36 рисунков, шесть таблиц, 104 библиографических источников и 16 приложений.
Современный технический уровень погрузочно-разгрузочных манипуляторов
Как показано в работе Питеева В. Г. [61], масса, вылет рабочего органа и показатели надежности являются основными оцениваемыми параметрами в заданном типоразмерном ряду, определяемом грузовым моментом.
В работе [31] Емтыль З.К. обратил внимание на попутный полезный эффект уменьшения удельного давления на почву леса для сохранения ее плодородного слоя.
Выяснено, что грузовой момент и максимальный вылет определяются технологическими и экологическими требованиями. А такой показатель, как масса, при равных значениях грузового момента и вылета, зависит от конструктивного совершенства манипулятора, гидрооборудования и качества применяемых материалов.
Однако остались вопросы учета кинематических схем. Рассмотрим, например, конструкции комбинированных гидроманипуляторов с классической кинематической схемой. Характеристики таких манипуляторов от различных производителей приведены в таблице 1.3 (позиции 1, 3, 5 – 10). При всех своих достоинствах, такие манипуляторы имеют ряд недостатков [45]: большие габариты, неравномерное распределение нагрузки на оси автолесовоза с уклоном на переднюю ось, и большие транспортные габариты. Для решения этих проблем были созданы манипуляторы, складывающиеся в транспортное положение перпендикулярно продольной оси базового автомобиля (рисунок 1.1 е). Характеристики некоторых «складывающихся» манипуляторов приведены в таблице 1.2 (позиции 2 и 4)
Характеристики некоторых «складывающихся» манипуляторов № п/п Модель гидроманипулятора Производитель Грузовоймомент,кН-м Наибольший вылет, мм Угол поворота в горизонтальной плоскости, град Грузовоймоментповорота,кН-м Вес безмасла игрейфера,кг Удельная материалоемкость, кг/кН-м
Однако из таблицы 1.3 следует, что при одинаковых значениях грузового момента и вылета (даже в рамках гаммы продукции одного производителя, что говорит об одинаковом уровне технической подготовки производства) «складывающиеся» манипуляторы весят больше чем манипуляторы с классической компоновкой. А значит, сама по себе большая масса (при прочих равных условиях) еще не говорит о более низком конструктивном совершенстве манипулятора.
Таблица 1.2 показывает, что продукция отечественных производителей манипуляторов уступает иностранным производителям по параметру удельной материалоемкости.
Удельная материалоемкость может быть снижена применением более высокопрочных сталей. С ростом цен на продукцию отечественной металлургии, все выгоднее смотрятся перспективы приобретения высокопрочной стали иностранного производства. Одна из таких сталей - горячекатаная сталь Domex производства шведской фирмы SSAB Tunnplat.
Рассмотрим сталь Domex 700 MC (предел прочности 750-950 МПа). Применение этой стали взамен стали 09Г2С для манипулятора ЛВ-185-06 позволяет снизить его общую массу до 10 %. Доля цены листового проката в цене манипулятора составляет 30 %. Удорожание листового проката - 40 %. Таким образом -общее увеличение цены манипулятора составит 17 %. При этом получим возможность грузить на 10 % больше леса (по массе) в лесовоз, что на те же 10 % снижает стоимость перевозки.
В итоге получим удельную материалоемкость 22,77 кг/кН-м, что ближе к уровню лучших зарубежных образцов. При этом цена возрастет на 17 % и доведет действующую до 572 тыс. руб., но она останется ниже цены российского аналога в представлении СФ-75С на 62840 руб. Иными словами, сохранится ценовое преимущество гидроманипулятора ЛВ-185-06 на отечественном рынке по меньшей мере еще на 11 % от собственного уровня реализуемости. Другой важный показатель совершенства конструкции – надежность. В работе [31] определена схема испытаний для подтверждения параметров надежности манипулятора. Перечислены необходимые условия обеспечения высокого технического уровня гидроманипуляторов. Одним из таких условий является оптимизация кинематических параметров механизмов с учетом инерционных сил. Другими словами, одними из факторов, влияющих на надежность работы гидроманипулятора, являются динамические нагрузки, воспринимаемые элементами конструкции. И именно в этой части есть определенный запас. Двигаясь в направлении, заданном в новое время такими исследователями динамической нагруженности гидроманипулятора как Александров В. А., Баринов К. Н., Бартенев И.М., Ем-тыль З. К., Татаренко А. П., Попиков П.И. и другими, далее в работе будет обоснована возможность снижения динамических нагрузок на звенья манипулятора за счет совмещения движения трех звеньев: колонны, стрелы и рукояти.
При проектировании гидроманипуляторов предпочтение отдается по возможности более простым кинематическим схемам гидравлических манипуляторов, отвечающих требованиям по грузоподъемности и производительности.
От совершенства компоновочно-кинематической схемы зависит удельная материалоемкость конструкции: размеры и сечения коробов, полезный объем гидроцилиндров механизмов, диаметры подводящих трубопроводов и гибких рукавов высокого давления (РВД). Типы и основные параметры манипуляторов определены в работах [35, 44]. В работе [20] описаны основные типы манипуляторов лесозаготовительных машин (рисунок 1.2), указаны элементы конструкции, свойственные им. Определены критерии, предъявляемые к конструкции манипулятора для высоко производительной работы.
Влияние податливости упругих элементов гидропривода и рабочей жидкости на результаты расчетов по математической модели рабочих процессов манипулятора при совмещении движений колонны, стрелы рукояти
Вопросы учета податливости рабочей жидкости и элементов гидропривода при расчете гидросистем рассмотрены в работах известных авторов Тарко Л.М., Александрова В.А., Рахманина Г.А.
Сжимаемость жидкости (упругая деформация) характеризуется коэффициентом сжатия Д зависящие как от сорта рабочей жидкости, скорости деформирования, а также температуры.
Деформация упругих элементов гидросистемы, рабочей жидкости и ее утечки, существенно влияют на динамические нагрузки гидравлического манипулятора. Энергия, необходимая для деформации упругих элементов гидросистемы и рабочей жидкости, теряется во время рабочего процесса [17]. Объемный модуль упругости минеральных масел используемых в гидросистемах [17], равняется (1,55 1,75 103 МПа, т.е. во много меньше модуля упругости материалов элементов гидропривода (трубопроводов, гильз гидроцилиндров). Следовательно, как отмечено в работах [82] и [35], сжимаемость рабочей жидкости влияет на динамические нагрузки, воспринимаемые гидроманипулятором больше, чем податливость упругих элементов гидросистемы.
Как известно, давление, температура и скорость деформации, значительно влияют на сжимаемость рабочей жидкости. Например, объемный модуль упругости минерального масла при росте температуры с 40 С до 80 С уменьшается на 22 %, а при росте давления с 0 до 20 МПа, увеличивается на 10 % [17]. Для быс-тропротекающих процессов в гидросистемах (в переходных режимах), если рассматривать гидроцилиндр как гидропружину, по [17] можно принять Еа = \,5Е при давлениях 5 - 20 МПа.
Конструктивные особенности механизмов управления и работы, давление в гидросистеме температура и сорт рабочей жидкости, влияют на ее утечки по [82]. В переходных режимах рабочего процесса, деформации упругих элементов гидропривода, сжимаемость рабочей жидкости и ее утечки из гидросистемы увеличивают время переходного процесса и, соответсвенно, уменьшают коэффициент динамичности.
Емтыль З. К. и Татаренко А. П. исследовали влияние податливости упругих элементов гидропривода и сжимаемости рабочей жидкости на динамические нагрузки, воспринимаемы манипулятором, а также его производительность как при раздельном движении звеньев так и при совместном движении стрелы и рукояти.
Емтыль З. К. в работе [31] отмечает, что податливость гидропривода любого механизма гидроманипулятора складывается из сжимаемости рабочей жидкости, деформации элементов гидропривода (трубопроводов, гильз гидроцилиндров, гибких рукавов), изменения (уменьшения) подачи насоса при изменении (повышении) давления, т.е. от характеристики насоса.
Татаренко А. П. в работе [82] делает вывод, что при описании рабочих процессов совместного движения стрелы и рукояти для точности расчета динамических нагрузок, воспринимаемых гидравлическим манипулятором, необходимо учитывать сжимаемость рабочей жидкости, а также приращения ее объема в гидроцилиндрах стрелы и рукояти. В противном случае, пиковые значения давлений в гидроцилиндрах будут значительно завышены. Тем самым подтверждает видимое в формуле Жуковского Н. Е. по определению избыточного давления положительное влияние сжимаемости рабочей жидкости и податливости элементов гидропривода на снижение пиков давлений в момент открытия закрытия золотника гидрораспределителя.
С учетом выводов сделанных в [2], [6], [8], [11], запишем систему дифференциальных уравнений расходов рабочей жидкости в поршневых и штоковых полостях гидроцилиндров подъема стрелы и вращения рукояти, в напорной и сливной полости гидроцилиндра поворота колонны и уравнений совместного движения колонны, стрелы и рукояти в виде (2.85).
В переходных режимах работы механизма поворота колонны в гидроманипуляторах с шарнирно подвешенным грузозахватом возникают силы инерции, раскачивающие захват. Вопросы динамической нагруженности механизма поворота при работе в таких режимах рассмотрены в работе [34], однако в рабочем процессе не учтены инерционные силы, возникающие при раскачивании груза и собственный момент инерции груза.
Важной задачей является исследование влияния инерционных сил, возникающие при раскачивании груза на динамическую нагруженность узлов манипулятора. Как показали теоретические расчеты и экспериментальные исследования [34], пики давления в цилиндре поворота колонны незначительны даже в пуско-тормозных режимах. Это связано с наличием дросселей с обратным клапаном, соединяющих сливную полость с вторичным предохранительным клапаном, в гидроприводе поворота колонны. Несмотря на это, в гидросистеме возникают затухающие колебания высокой частоты с амплитудой давления 3-5 МПа [31], передающие на металлоконструкцию знакопеременные нагрузки, которые приводят к снижению ресурса гидроманипулятора.
Разработка методов борьбы с раскачиванием грузозахватного органа весьма актуальна, так как при этом снижается производительность работ, вследствие увеличения времени цикла на время успокоения раскачивающегося грузозахватного органа. Одним из путей повышения производительности является применение гасителей колебаний или ограничителей колебаний грузозахватного органа. На рисунке 2.8 представлена схема раскачивания грузозахватного органа при торможении вращающейся колонны.
Влияние конструкции гасителя на эффективность затухания колебаний
Подъем стрелы проходит до угла фстах = 80 - положение II на рисунке 3.2 с одновременным вращением колонны на угол фі = 200.
Осциллограммы давления представлены на рисунке 3.8 (без груза) и на рисунке 3.9 (с грузом).
Осциллограммы на рисунках 3.8 и 3.9 разбиты на участки: I - участок подъема стрелы, поворота колонны; II - участок свободных колебаний после завершения подъема стрелы и поворота колонны; III - участок опускания стрелы и разворота колонны в обратную сторону, IV - участок свободных колебаний после завершения операции опускания стрелы, поворота колонны в обратную сторону.
Зависимость давления от времени в штоковой и поршневой полостях гидравлических цилиндров рукояти и колонны при совмещении движений рассматривается из положения I на рисунке 3.2 с параметрами: - начальный угол вращения рукояти фр = -60; груз: a. с грузом - 1250 кг (вместе с захватом и ротатором); b. без груза - 250 кг (захват и ротатор); - номинальная подача насосов: - рукоять: QH = 0,875-10-3 м3/с; - колонна: QH = 1,33-10"3 м3/с; - гидрораспределители: AMI-260 фирмы Walvoil (Италия) и RM-316 фирмы Nord Hydraulik (Швеция). Подъем рукояти проходит до угла фр = 80 - положение III на рисунке 3.2 с одновременным вращением колонны на угол фі = 200. Осциллограммы давления представлены на рисунке 3.10 (с грузом) и на рисунке 3.11 (без груза).
Осциллограммы разбиты на участки: I - участок подъема стрелы, поворота колонны; II - работа гидроцилиндра рукояти в упор, свободные колебания после завершения операции поворота колонны; III - участок опускания рукояти, поворота колонны в обратную сторону; IV - участок свободных колебаний после завершения операции опускания рукояти, поворота колонны в обратную сторону.
Зависимость давления от времени в поршневых полостях гидравлических цилиндров стрелы и колонны, и штоковой полости гидравлического цилиндра рукояти при совмещении движений рассматривается из положения I на рисунке 3.2 с параметрами: - начальный угол подъема стрелы фс = 18; - начальный угол вращения рукояти фр = -60; - угол поворота колонны фі = 200; - груз: a. с грузом - 1250 кг (вместе с захватом и ротатором); b. без груза - 250 кг (захват и ротатор); - вылет - 5,7 м; - номинальная подача насосов: - стрела: QH = 1,75-Ю"3 м3/с; - рукоять: QH = 0,875-10-3 м3/с; - колонна: QH = 1,33-10"3 м3/с; - гидрораспределители: RM-316 фирмы Nord Hydraulik (Швеция) и AMI-260 фирмы Walvoil (Италия).
Процесс совмещения движения звеньев проходит до положения IV рисунка 3.2.
Осциллограммы давления при подъеме-опускании стрелы, рукояти и повороте колонны представлены на рисунках 3.12 - 3.14.
На рисунке 3.12 представлена осциллограмма изменения давления при подъеме груза с совмещением движений трех звеньев. Участок I - время ожидания, участок II - подъем груза стрелой и рукоятью и поворот колонны. Рассмотрим узлы отдельно.
Рукоять. Давление в штоковой полости вначале возрастает с 14 МПа до 16 МПа, а затем, после периода колебаний 2,5 с, плавно падает до 10МПа. Такое поведение связано с конструктивными особенностями гидроцилиндра вращения рукояти и совмещением с движением подъема стрелы.
Стрела. Давление в поршневой полости возрастает с 14 МПа до 19 МПа. Затем, после периода колебаний 2,5 с, плавно падает до 15 МПа. Падение давления в конце цикла подъема связано с уменьшением момента от груза (рисунок 3.2, положение IV). Колонна. Давление в поршневой полости плавно падает с 23 МПа до 15 МПа. Такие явления имеют место и при совмещении движений двух звеньев (без поворота колонны). На рисунке 3.13 представлена осциллограмма изменения давления при опускании груза с совмещением движений трех звеньев. Участок I - время ожидания, участок II - подъем груза стрелой и рукоятью и поворот колонны, III -колебания после торможения.
На рисунке 3.14 представлена осциллограмма изменения давления при совмещении движений трех звеньев без груза. Участок I - время ожидания,
В результате экспериментальных исследований установлено:
1. Раздельное движение звеньев: - при раздельном движении стрелы, рукояти и колонны из положения I рисунка 3.2 в положение IV время цикла равно 16,7 сек без груза и 22,6 сек с грузом, что больше в 1,52 раза и в 1,61 раз, соответственно, чем при совмещении движений стрелы и рукояти, и больше в 2,7 раз и 2,51 раза, соответственно, чем при совмещении движений стрелы, рукояти и колонны. - максимальное значение давления в гидроцилиндре подъема стрелы при движении с грузом наблюдается не при подъеме, а при опускании. Согласно осциллограмме рисунка 3.3b при подъеме максимальное давление 18,5 МПа, при опускании заброс 24,5 МПа. - максимальное значение давления в гидроцилиндре вращения рукояти при движении с грузом возникает в момент торможения звена при опускании. Согласно осциллограмме рисунка 3.4b при подъеме рукояти максимальное давление 15 МПа, при торможении опускающегося звена заброс давления 17,5 МПа. - максимальное значение давления в гидроцилиндре поворота колонны по-зникает в начальный момент движения и равно согласно осциллограмме на рисунке 3.5 около 29 МПа. Дальше значение давления плавно снижается.
2. Совмещение движений стрелы и рукояти: - при совместном движении стрелы и рукояти из положения I рисунка 3.2 в положение IV с учетом движения колонны после окончания движения стрелы и рукояти время цикла равно 11 сек без груза и 14 сек с грузом, что в 1,83 раза и 1,55 раза, соответственно, больше чем при совмещении движений трех звеньев. - максимальное значение давления в гидроцилиндре подъема стрелы при движении с грузом согласно осциллограмме на рисунке 3.7 равно 18,5 МПа при подъеме, 21 МПа при опускании и 26 МПа в момент торможения.
Технико-экономическая эффективность от внедрения результатов исследований в практику
Расчет экономической эффективности от внедрения гидроманипулятора с совмещением движений трех звеньев.
Экономический эффект при совмещении движений звеньев обеспечивается за счет сокращения цикла погрузочно-разгрузочных работ. Повышение производительности при совмещении движений трех звеньев с установкой двух насосов (двухпоточный насос фирмы «Parker» и однопоточный фирмы ООО «Шахтинский завод Гидропривод») является очевидным. Так, при совместном движении трех звеньев манипулятора из положения I рисунка 3.2 в положение IV время цикла снижается с 14 с (совмещение движений подъема стрелы и рукояти и отдельный поворот колонны) до 9 с при движении с грузом. Более подробно сравнительный анализ по времени приведен в таблице 3.2.
Часовая производительность по чистому времени на погрузочно-разгрузочных работах при этом повышается с 85,3 м3/час до 132 м3/час.
В годовой экономический эффект от внедрения новой техники, получаемый производителем и потребителем, включена суммарная экономия всех производственных ресурсов (живой труд, материалы, капитальные вложения). Расчетный годовой экономический эффект [55] представляет собой сумму себестоимости и нормативной прибыли с учетом приведенных затрат по базовой и новой технике: где Віи В2 - годовые объемы продукции (работы), производимой при использовании единицы базового и нового средства труда, соответственно, в натуральных единицах; Рi и Р2 - доли отчислений от балансовой стоимости на полное восстановление базового и нового средства труда; К К - сопутствующие капитальные вложения потребителя (капитальные вложения без учета стоимости рассматриваемых средств труда) при использовании базового и нового средства труда в расчете на объем продукции (работы), производимой с помощью нового средства труда, тыс. руб.; И И - годовые эксплуатационные издержки потребителя при использова 1 2 нии им базового и нового средств труда в пересчете на объем продукции, производимой с помощью нового средства труда, тыс. руб. А2 - годовой объем производства новых средств труда в расчетном году в натуральных единицах, А2=100 штук; Остальные обозначения смотри в формуле (4.1). Приведенные затраты с учетом капитальных вложений на изготовление, испытание и внедрение нового гидроманипулятора в размере Ко = 19 тыс. руб. по формуле (4.1). С учетом объема выпуска К= = = 0Л9тыс. руб 100 100 Зі=Сі= 417,2 тыс. руб. Себестоимость манипулятора ЛВ-185-14-2К (за счет усложнения гидросхемы) увеличивается на стоимость одного насоса МН-56/32.3, т.е.: С2 =
Общий результат исследования определен на уровне должной эффективности предложений, в том числе и в первую очередь, касательно повышения производительности и надежности погрузочно-разгрузочных гидравлических манипуляторов лесозаготовительных и лесохозяйственных машин за счет использования конструктивно заложенных возможностей по совмещению движений звеньев.
На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований можно делать следующие выводы:
1. Расчеты без учета податливости рабочей жидкости и элементов гидропривода показывают снижение максимального значения усилия в гидроцилиндре подъема стрелы при совмещении движений трех звеньев по сравнению с совмещением движений стрела-рукоять начиная с 5 с времени цикла. Максимальная разница 40кН. Уменьшение усилия гидроцилиндра на 18 - 25 %.
2. Расчеты без учета податливости рабочей жидкости показывают снижение максимального значения усилия в гидроцилиндре вращения рукояти при совмещении движений трех звеньев по сравнению с совмещением движений стрела-рукоять 25 кН до 5 кН, что составляет 31 - 8 %
3. Гидравлические гасители колебаний эффективнее механических аналогов в эксплуатации. По сравнению с механическим гасителем время успокоения при использовании гидравлического гасителя уменьшается на 1 с для манипулятора ЛВ-184А на максимальном вылете 6,0 м и грузе 833 кг.
4. Оптимальное сечение коробов в звеньях гидроманипулятора имеет соот h 3 ношение высоты к ширине — = -.
5. Эффективность совмещения операций подъема стрелы и вращения рукояти зависит от требуемого времени цикла. Совмещение особенно эффективно при времени цикла Тц 5 с.
6. При увеличении производительности в 1,6 раз динамические составляю 113 щие усилий гидравлических цилиндров стрелы и рукояти при совместном движении трех звеньев по сравнению с совмещением стрела-рукоять увеличиваются всего на 4 МПа и 2,5 МПа соответственно.
7. Подтверждена эффективность совмещения трех движений с использованием трехконтурной гидравлической схемы с 2-мя насосами, что незначительно усложняет существующую гидравлическую схему гидроманипулятора ЛВ-185-14-2К.
8. Годовой экономический эффект от внедрения результатов исследований, при производстве ста единиц продукции, составляет 20,74 млн руб.
9. Результаты настоящей работы могут использоваться при проектировании манипуляторов лесозаготовительных и лесохозяйственных машин. В частности эти результаты внедрены на предприятии ОАО «Майкопский машиностроительный завод».
