Введение к работе
Актуальность темы. В лесном комплексе широкое применение имеют агрегатные машины, оборудованные гидроманипуляторами разной конструкции. Высокий технический уровень манипуляторов - это высокая надёжность и производительность, сохранение подроста ценных древесных пород, удобства в работе оператора, снижение травматизма и в конечном итоге повышение престижности профессии лесозаготовителя.
Отечественные манипуляторы имеют, по сравнению с лучшими зарубежными, ряд существенных недостатков - более низкая надежность, повышенная удельная конструкционная масса и более низкая производительность. Созданию и внедрению манипуляторов высокого технического уровня препятствует то, что еще некоторые вопросы кинематики, динамики и компоновки гидроманипулятора недостаточно исследованы. Недостаточно изучены влияние инерционных сил на параметры и режим работы механизмов подъема стрелы и привода рукояти, возможность совмещения движения стрелы и рукояти и влияние этого на динамическую нагруженность манипулятора; недостаточно научных данных для выбора тина и параметров наиболее перспективных конструкций ротатора.
Все это вместе с важностью и той ролью, которая отведена манипулятору в общей конструкции агрегатной машины, делает тему весьма актуальной. Научные исследования и конструкторские разработки проводились н рамках целевой комплексной программы Госкомитета по науке и технике при Совете Министров СССР- № ОЦ.029 (1 980-1 990гг.) н отраслевых программ повышение технического уровня лесозаготовительных машин Минлеспро-ма и Минстроидормаша СССР (1985- 1990 гг.).
Цель работы. Повышение технического уровня манипуляторов лесозаготовительных и лесохозяйственных машин путем снижения материалоемкости, повышения производительности и надежности на стадии разработки и получение технико-экономического эффекта на этапах производства п эксплуатации-
4 В соответствии с целью исследования разработаны и выносятся на защиту следующие научные положения:
обоснование параметров механизмов подъема стрелы и привода рукояти манипуляторов с учетом инерционных сил, возникающих вследствие неравномерного вращения стрелы и рукояти при установившемся движении штоков гидроцилиндров;
исследование динамической нагруженности манипулятора и обоснование целесообразности совмещения движений подъема стрелы и вращения рукояти;
исследование напряженного состояния верхнего поясного листа короба рукояти и методика прочностного расчета усиливающей накладки;
выбор типа и обоснование параметров механизма поворота рабочего органа (ротатора).
Научная новизна работы Разработана методика оптимизации по показателю металлоемкости параметров механизмов подъема стрелы и привода рукояти с учетом инерционных сил, возникающих при установившемся движении штоков гидроцилиндров с использованием ЭВМ; установлено влияние скоростей движений штоков на оптимальные значения параметров. Выявлена целесообразность применения и на базе серийного манипулятора ЛВ-184А разработана конструкция манипулятора с переменным грузовым моментом.
Разработана методика исследований с применением ЭВМ динамической нагруженности манипулятора при совмещении движений звеньев и предложен метод определения целесообразности такого совмещения.
Разработана, с обоснованием основного параметра, принципиально новая конструкция механизма поворота рабочего органа - винтовой ротатор, отличающийся высокой надежностью.
Установлены зависимости, выраженные в математических формулах и определены коэффициенты для расчета верхнего поясного листа короба рукояти; предложена методика расчета усиливающей накладки.
Научная новизна подтверждается положительными решениями ВНИИГПЭ на выдачу патентов "Мобильная установка" для первичных лесотранспортных работ при
5 рубках ухода в горных условиях" (заявка №9710479?), авторы Емтыль З.К., Питеев В.Г.; "Манипулятор" (заявка №96124299) авторы Емтыль З.К., Смыков А.А.; "Опорное устройство подъемно-транспортной машины" (заявка № 96124300) авторы Емтыль З.К., Куприенко В.А., Склемин М.В.
Практическая ценность работы. Предложенные методики позволяют:
обосновать по показателю металлоемкости и быстродействию параметры механизма подъема стрелы; выявить зависимость параметров от скорости движения штока ГЦ;
обосновать целесообразность применения манипулятора с переменным грузовым моментом, позволяющего уменьшить номенклатуру манипуляторов в 1,5 - 2 раза и снизить удельную материалоемкость на 20-25%; *
обосновать параметры механизма привода рукояти, выявить зависимость оптимальных значений параметров от скорости движения штока ГЦ;
обосновать повышение производительности и снижение динамических нагрузок при совмещении операций подъема стрелы и вращения рукояти.
Разработанная конструкция винтового ротатора имеет ресурс, равный ресурсу манипулятора, превышает в три раза ресурс серийного лопастного ротатора и соответствует эксплуатационным требованиям.
Предложенная таблица значений коэффициентов в формулах для практических расчетов верхнего поясного листа короба рукояти позволяет при расчетах учесть напряжения от местного изгиба под влиянием давления антифрикционной накладки удлинителя, и тем самым повысить надежность металлоконструкции манипулятора,
Реализация работы. Методика оптимизации кинематических параметров и исследования динамической на-груженности манипулятора при совмещении операций внедрены на предприятиях ОАО "Концерн Лесмаш" на стадии проектирования и производства манипуляторов. Там же используются материалы исследования напряженного состояния верхнего поясного листа короба рукояти. Па ОАО "Майкопский машиностроительный завод" вне-
дрен d производство винтовой ротатор и изготовлен опытный образец манипулятора с переменный грузовым моментом.
Апробация работы. Предлагаемые методики апробированы на манипуляторах ЛВ-184А, ЛВ-185, ЛВ-190, серийно выпускаемых ОАО "Майкопский машиностроительный завод". Оснозные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях в ЦНИИМЭ (1987-1989 гг.),'ВПКИ лесмаш (1991-1994 гг.), Майкопском государственном технологическом институте (1996 г.), ВГЛТА (1996-1997 гг.) и АГУ (1996 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликованы восемь работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, основных выводов и рекомендаций, списка литературы и шести приложений. Она включает в себя 171 страницу основного текста, 56 ил., 39 та&лиц, 163 наименований использованных источников и приложений на 72 страницах.