Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса. цель и задачи исследования
1.1 Анализ кинематических схем «складывающихся» гидроманипуляторов
1.2 О влиянии характеристик предохранительных клапанов при определении динамической нагруженное производительность и КПД гидроманипуляторов
1.3 Анализ влияния конструкции и параметров дросселей на динамическую нагруженность и производительность гидроманипуляторов
1.4 Выводы, цель и задачи исследования 33
2 Теоретические основы повышения эффективности применения гидроманипуляторов
С Л Исследование влияния параметров механизма вращения рукояти «складывающегося» гидроманипулятора на его динамическую нагруженность
2.2 Исследование влияния характеристик предохранительных клапанов,конструкции и параметров дросселей на динамическую нагруженность и производительность гидроманипулятора при раздельной и совместной работе механизмов подъема стрелы и вращения рукояти
2.3 Исследование динамической нагруженности и быстродействия механизма поворота гидроманипулятора в различных режимах с учетом влияния конструкции и параметров дросселей и характеристик предохранительных клапанов
2.4 Исследование влияния совмещения движений звеньев гидроманипулятора на энергозатраты
2.5 Исследование влияния вторичных и ударных клапанов на динамическую нагруженность гидроманипулятора
2.6 Исследование динамической нагруженности механизмов подъема стрелы и поворота гидроманипулятора при торможении совместно движущихся звеньев
В ывод ы 79
3 Программа и методика экспериментальных исследований
3.1 Программа и методика экспериментальных исследований динамической нагруженности и быстродействия механизма поворота гидроманипулятора в различных режимах
3.2 Программа и методика экспериментальных исследований влияния совместного и раздельного движений стрелы и рукояти на динамическую нагруженность и производительность гидроманипулятора
3.3 Программа и методика экспериментальных исследований влияния совмещения движений стрелы и рукояти гидроманипулятора на энергозатраты
3.4 Программа и методика экспериментальных исследований динамической нагруженности механизмов подъема стрелы и поворота гидроманипулятора при торможении совместно движущихся звеньев
4 Результаты экспериментальных исследований
4.1 Результаты экспериментальных исследований динамической нагруженности и быстродействия механизма поворота гидроманипулятора - 97
4.2 Результаты экспериментальных исследований влияния характеристик предохранительных клапанов, конструкции и параметров дросселей на динамическую нагруженность и производительность гидроманипулятора при раздельной и совместной работе механизмов подъема стрелы и вращения рукояти
4.3 Результаты экспериментальных исследований влияния совмещения движений стрелы и рукояти гидроманипулятора на энергозатраты
4.4 Результаты экспериментальных исследований динамической натру-женности механизмов подъема стрелы и поворота гидроманипулятора при торможении совместно движущихся звеньев
4.5 Результаты сравнительных испытаний гидроманипулятора с регули руемым и нерегулируемым насосами в комплекте с гидрораспределителем PVG-32 109
Выводы 109
5 Технико-экономическая эффективность
5.1 Расчет экономической эффективности от замены гидроцилиндра вращения рукояти «складывающегося» гидроманипулятора 111
5.2 Расчет экономической эффективности от применения гидроманипулятора с двухконтурной гидросистемой 111
6 Заключение 119
Список использованных источников
- Анализ влияния конструкции и параметров дросселей на динамическую нагруженность и производительность гидроманипуляторов
- Исследование динамической нагруженности и быстродействия механизма поворота гидроманипулятора в различных режимах с учетом влияния конструкции и параметров дросселей и характеристик предохранительных клапанов
- Программа и методика экспериментальных исследований влияния совместного и раздельного движений стрелы и рукояти на динамическую нагруженность и производительность гидроманипулятора
- Результаты экспериментальных исследований влияния характеристик предохранительных клапанов, конструкции и параметров дросселей на динамическую нагруженность и производительность гидроманипулятора при раздельной и совместной работе механизмов подъема стрелы и вращения рукояти
Введение к работе
Актуальность темы. Развитие научно-технического прогресса в лесном комплексе России невозможно без создания эффективной техники, сочетающей в себе новые технические решения, обеспечивающие высокую производительность и надежность, снижение металлоемкости, энергоемкости, уменьшающие вредное воздействие на окружающую среду и оператора.
Важное значение в решении этой задачи имеют гидроманипуляторы, которые нашли широкое применение в составе лесозаготовительной и лесохозяйственной техники: погрузочно-транспортных, трелевочных бесчокерных, валочно-пакетирующих, валочно-трелевочных, валочно-сучкорезно-раскряжевочных машин и стационарных установок.
Эффективность применения агрегатных машин манипуляторного типа во многом определяется техническим уровнем гидроманипулятора.
Анализ производства и эксплуатации гидроманипуляторов типа «Z» (далее по тексту «складывающихся») в составе погрузочно-транспортных машин показывает их высокую эффективность. Компактность транспортного положения «складывающихся» гидроманилуляторов дает возможность наиболее полной загрузки транспортного средства, обеспечивает наиболее оптимальное распределение нагрузок на переднюю ось и заднюю тележку автомобиля и лучшую обзорность для водителя при движении, снижает транспортные нагрузки на гидроманипулятор и увеличивает полезную грузоподъемность машины.
Однако к недостаткам отечественных «складывающихся» гидроманипуляторов следует отнести их большую удельную материалоемкость, низкую надежность и производительность в сравнении с лучшими зарубежными аналогами.
Решению задач создания высокоэффективных, соответствующих лесово-дственным требованиям конструкций отечественных гидроманипуляторов в т.ч, «складывающихся», препятствует недостаточная изученность влияния инерционных сил на параметры кинематических схем механизмов, влияния совместной работы механизмов подъема стрелы и вращения рукояти, подъема стрелы и поворота ко-
лонны на динамическую нагруженность, производительность и КПД привода с учетом наличия дросселей и характеристик предохранительных клапанов.
Недостаточно изучено влияние совмещения движений на энергозатраты и КПД гидроманипулятора с двухконтурной гидросистемой, делителем расхода и с приводом от насоса переменной производительности. Недостаточно исследовано влияние статических характеристик предохранительных клапанов и интенсивности изменения подачи рабочей жидкости на динамическую нагруженность и быстродействие механизмов гидроманипулятора.
Поэтому тема диссертационной работы актуальна. Научные исследования проводились в рамках комплексной программы повышения технического уровня лесозаготовительной техники ОАО «Концерн Лесмаш» и планом создания новой техники на ОАО «Майкопский машиностроительный завод».
Цель работы: Повышение эффективности работы лесопромышленных гидроманипуляторов путем совершенствования механизмов и гидропривода, и получение технико-экономического эффекта на этапах проектирования, изготовления и эксплуатации.
В соответствии с целью работы поставлены следующие основные задачи:
исследование влияния параметров механизма вращения рукояти «складывающегося» гидроманипулятора на его динамическую нагруженность;
исследование влияния характеристик предохранительных клапанов, конструкции и параметров дросселей на динамическую нагруженность и производительность гидроманипулятора при раздельной и совместной работе механизмов подъема стрелы и вращения рукояти;
исследование динамической нагруженности и быстродействия механизма поворота гидроманипулятора в различных режимах с учетом влияния конструкции и параметров дросселей и характеристик предохранительных клапанов;
исследование влияния совмещения движений звеньев гидроманипулятора на энергозатраты;
исследование влияния вторичных и ударных клапанов на динамическую нагруженность гидроманипулятора;
- исследование динамической нагруженности механизмов подъема стрелы и поворота гадроманипулятора при торможении совместно движущихся звеньев.
Научная новизна работы.
Разработана методика выбора параметров механизма вращения рукояти «складывающегося» гидроманипулятора по показателю материалоемкости и быстродействию, отличающаяся учетом характеристик предохранительных клапанов, утечек и КПД.
Разработаны математические модели совместного движения и торможения механизмов подъема стрелы и вращения рукояти механизмов подъема стрелы, и поворота колонны, отличающиеся тем, что учтено влияние конструкции и параметров дросселей, характеристик предохранительных клапанов на динамическую нагру-женность и производительность гидроманипулятора в различных режимах.
Исследована динамическая нагруженность и быстродействие механизма поворота гидроманипулятора в различных режимах, отличающаяся тем, что учтено влияние характеристик предохранительных клапанов конструкции и параметров дросселей.
Разработана математическая модель гидроманипулятора с двухконтурной гидросистемой, отличающаяся тем, что исследовано влияние совмещения движений механизмов подъема стрелы и вращения рукояти на энергозатраты.
Разработана математическая модель движения стреловой группы гидроманипулятора, отличающаяся тем, что учтены характеристики первичного, вторичного и ударного предохранительных клапанов гидрораспределителя. Исследовано влияние вторичных и ударных клапанов на динамическую нагруженность и быстродействие механизмов гидроманипулятора.
Объекты и методы исследования.
Объектом исследований являются погрузочно-разгрузочные гидроманипуляторы отечественного производства, в том числе «складывающиеся», производимые
на ОАО «Майкопский машиностроительный завод». Теоретические исследования кинематических параметров и динамических процессов, возникающих при работе гидроманипуляторов, проведены аналитическим методом с применением ЭВМ, позволяющим многократно сократить время и повысить точность анализа. Системы дифференциальных уравнений, являющиеся математическими моделями движений звеньев гидроманипулятора, решены с применением численных методов.
Экспериментальные исследования с целью подтверждения результатов теоретических исследований проводились на натурных образцах гидроманипуляторов путем тензометрирования и записи осциллограмм в независимом испытательном центре «Испытатель», аккредитованном Госстандартом России.
Практическая ценность работы.
Предложенные методики позволяют:
обосновать по показателям металлоемкости и быстродействия параметры механизма вращения рукояти «складывающегося» гидроманипулятора; выявить зависимость выбранных значений параметров от скорости движения штока гидроцилиндров (далее по тексту ГЦ);
обосновать влияние конструкции и параметров дросселей, а также характеристик предохранительных клапанов на динамическую нагруженность и производительность гидроманипулятора как при раздельном движении, так и при совмещении движений подъема стрелы и вращения рукояти, подъема стрелы и поворота колонны, в т.ч. с учетом податливости рабочей жидкости и элементов гидропривода и утечек в гидросистеме;
определить влияние конструкции и параметров дросселей и характеристик предохранительных клапанов на динамическую нагруженность и быстродействие механизма поворота гидроманипулятора в различных режимах;
обосновать снижение энергозатрат при совмещении движений стрелы и рукояти гидроманипулятора с двухконтурной гидросистемой;
определить влияние вторичных и ударных клапанов на динамическую нагруженность и быстродействие механизмов гидроманипулятора.
Реализация работы. Методика обоснования параметров механизма вращения рукояти «складывающегося» гидроманипулятора внедрена в ОАО «ЦНИИМЭ» на стадии проектирования и производства. (Приложение А).
На ОАО «Майкопский машиностроительный завод» внедрены в производство гидроманипуляторы ЛВ-184А, ЛВ-185, ЛВ-190 с усовершенствованной гидросхемой. (Приложение Б).
Апробация работы. Предлагаемые методики апробированы на гидроманипуляторах ЛВ-184А, ЛВ-185, ЛВ-201, ЛВ-190, ЛВ-220 серийно изготавливаемых ОАО «Майкопский машиностроительный завод».
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях в ВГЛТА (2001г.), СибГТУ (2002 г.) и на ежегодно проводимых конференциях по итогам НИР в МГТУ.
По результатам работы опубликовано 8 научных публикаций, в т.ч. 2 патента на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация содержит 181 страницу машинописного текста, 10 таблиц, 50 рисунков, библиографический список из 190 наименований и приложений, включающих 41 страницу машинописного текста.
Анализ влияния конструкции и параметров дросселей на динамическую нагруженность и производительность гидроманипуляторов
В работе [3] сделан вывод о том, что на динамическую нагруженность гидроманипуляторов значительное влияние оказывают инерционные силы. Вопросы динамической нагруженности лесосечных машин с гидроманипуляторами достаточно глубоко исследованы в работах: Александрова В.А. [1, 2, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39], Андреева В.Н. [6], Баринова КЛ. [8, 40], Герасимова Ю.Ю. [41], Дварнаускаса Э.А. [42,43], Лэ Суан Тху [44], Чуракова А.А. [45] и др.
В работе [38] исследованы динамические нагрузки, действующие на гидроманипулятор трелевочного трактора в процессе подъема (опускания) дерева стрелой. Составлены дифференциальные уравнения движения стрелы. При определении динамической нагруженности учитывались КПД насоса, гидрораспределителя и ГЦ, утечки рабочей жидкости и ее упругая деформация (сжимаемость).
Однако не исследовано влияние статических характеристик предохранительных клапанов и дросселей, а также интенсивность изменения подачи рабочей жидкости на динамическую нагруженность гидроманипулятора.
Чураков А.А. в работе [45] исследовал динамическую нагруженность валочно-пакетирующей машины с гидроманипулятором в режиме переноса вертикально расположенного дерева поворотом колонны. Рассмотрены динамические нагрузки, как в пуско-тормозных режимах, так и при установившемся движении его звеньев.
Установлено, что наибольший уровень динамических нагрузок в механизме поворота колонны возникает при пуско-тормозных режимах.
Автором предложены формулы для определения коэффициента «С», учитывающего изменение скорости поршня ГЦ поворота колонны от упругой деформации рабочей жидкости и коэффициента «в», учитывающего удельное изменение скорости поршня вследствие утечек гидрожидкости:
При решении задачи не учитывалось влияние податливости элементов гидропривода, статических характеристик предохранительных клапанов на динамическую нагруженность и производительность механизма поворота колонны.
В работе [44] проведены исследования динамической нагруженности валочно-трелевочных и валочно-пакетиругощих машин в режиме стопорения при подъеме (опускании) груза стрелой, при подтягивании рукоятью и при переносе дерева в вертикальном положении поворотом платформы.
Автором обоснованы параметры лесосечных машин, обеспечивающие уменьшение динамических нагрузок в режимах стопорения. Разработаны рекомендации по снижению динамических нагрузок и применению лесосечных машин манипуля-торного типа на несшюшных рубках и рубках ухода за лесом.
Установлено, что определяющее влияние на величину динамических нагрузок оказывает скорость перемещения масс перед началом стопорения. Кроме того, установлено, что объем пакетируемых деревьев, и вылет гидроманипулятора также оказывает существенное влияние на его динамическую нагруженность.
В работе не исследовано влияние статических характеристик предохранительных клапанов на динамическую нагруженность и быстродействие механизмов гидроманипулятора.
Милютиков В.Ю. [46] исследовал вопросы роботизации гидроманипуляторов трелевочных бесчокерных и валочно-трелевочных машин с применением согласующих устройств. Задача повышения быстродействия и снижения динамической нагруженности гидроманипуляторов решалась без учета влияния характеристик предохранительных клапанов и сжимаемости рабочей жидкости гидросистемы.
Исследованию динамической нагруженности гидравлических манипуляторов лесных машин посвящена работа Каргяева Г.В. [20]. Автором сделан вывод о том, что с точки зрения быстродействия и ограничения инерционной нагрузки наиболее целесообразен для гидроуправления гидроманипулятора линейный закон управления. Предложенное автором определение полезного объема ГЦ с учетом коэффициента динамичности в период переходного процесса дает завышенное его значение. При определении коэффициента динамичности не учитывались сжимаемость рабочей жидкости и податливость элементов гидропривода, статические характеристики предохранительных клапанов и КПД.
Фишер Г.А. в работе [47] рассматривает снижение динамических нагрузок гидравлических манипуляторов трелевочных бесчокерных машин ЛП-18Г и ЛП-18А за счет применения двухкаскадных предохранительных клапанов путем демпфирования.
Дварнаускас Э.А. в работе [42] исследовал динамическую нагруженность гид-романипудятора машины для рубок ухода в режиме подтаскивания хлыстов. Составлено уравнение Лагранжа второго рода движения трактор-гидроманшгулятор-хлыст. Рассмотрено движение и останов звеньев гидроманипулятора с учетом скорости штока ГЦ.
В работе Баринова К.Н., Александрова В.А. [8] рассмотрены динамические нагрузки, возникающие в реечном механизме поворота колонны гидроманипулятора. Задача решена с учетом действия инерционных сил. Не исследовано влияние статических характеристик предохранительных клапанов и КПД на динамическую нагруженность и производительность механизма поворота колонны.
Динамическая нагруженность гидроманипулятора ЛВ-184 исследована в работе [48] автором Кондаковым Н.В. В использованных экспериментальных данных для расчета динамической нагруженности не учитывалось влияние характеристик предохранительных клапанов, сжимаемости рабочей жидкости и податливости элементов гидропривода. В работах [49, 50, 51, 52, 53, 54, 55] при определении динамической нагружен-ности подъемно-транспортных машин с гидравлическим приводом не учитывалось влияние характеристик предохранительных клапанов, сжимаемости рабочей жидкости и податливости элементов гидросистемы. Недостаточно изучены вопросы динамики и снижения энергозатрат при совмещении движений механизмов крана.
Вопросом необходимости учета характеристик предохранительных клапанов прямого и непрямого действия в конструкциях гидроприводов посвящена работа Данилова Ю.А. [56]. Автором рассмотрены статические характеристики предохранительного клапана прямого действия. В результате исследований установлено, что на стабильность срабатывания клапана значительное влияние оказывает форма характеристики клапана. Конструкция клапана с отражателем обеспечивает постоянство давления в широком диапазоне расхода, Далее автором отмечено, что изменять форму характеристики клапана можно в широких пределах управления открытием щели путем создания силовых воздействий на запорно-регулирующий элемент из зоны низкого давления.
Наиболее эффективным способом увеличения открытия щели является применение отражения струи, позволяющей получать характеристики близкие к рк const (рк - давление срабатывания клапана). Для использования отражения струи предлагается сделать следующее: - уменьшить зону пониженного давления на поверхности клапана в приемной камере, т.е. уменьшить диаметр затвора и угол его конусности; - увеличить диаметр отражающей поверхности.
Автором сделан вывод о том, что получить нужную форму характеристики клапана можно только при совместном целенаправленном использовании свойств проточной части и рационального выбора пружины. Постоянство давления, обеспечиваемое предохранительным клапаном с отражателем, положительно влияет на быстродействие гидропривода, но увеличивает динамические нагрузки.
Исследование динамической нагруженности и быстродействия механизма поворота гидроманипулятора в различных режимах с учетом влияния конструкции и параметров дросселей и характеристик предохранительных клапанов
В работе Гойдо М.Б. [58] рассмотрен процесс торможения выходного звена гидродвигателя ГЦ после запирания его рабочих плоскостей. Автором приведен расчет процесса торможения выходного звена гидродвигателя ГЦ, представленный в виде системы дифференциальных уравнений состояния рабочей жидкости в «бывших» напорной и сливной плоскостях ГЦ с учетом упругой деформации и утечек рабочей жидкости. Не дана оценка степени влияния упругой деформации и утечек рабочей жидкости на динамическую нагруженность ГЦ при торможении. Не исследовано влияние инерционных сил, систем дросселирования гидропривода, податливости элементов гидросистемы, работы предохранительных клапанов на динамическую нагруженность ГЦ при торможении. Далее автором рассмотрены шесть способов торможения выходного звена гидропривода.
К первой группе способов торможения выходного звена гидропривода отнесен способ изменения параметров потока рабочей жидкости на входе гидропривода. В качестве примера приведен способ соединения тем или иным образом напорного канала насоса с гидробаком. В рассматриваемом случае давление в напорной линии гидропривода и, соответственно, в напорной полости гидродвигателя уменьшается, в результате чего движущее усилие (для ГЦ) или вращающий момент (для гидромотора и поворотного гидродвигателя) на выходном звене гидродвигателя снижаются, и последнее под действием сил трения и технологического сопротивления тормозится. Переход насоса гидропривода на работу при пониженном давлении сопровождается уменьшением энергии, потребляемой от приводящего двигателя и, соответственно, уменьшением потерь механической энергии в гидроприводе и улучшением теплового режима его работы. Однако, как отмечает автор, понижение давления на входе гидропривода ограничено некоторым уровнем из условия исключения нарушения сплошности потока рабочей жидкости. При использовании этого способа торможения в связи с невозможностью уменьшения давления в напорной полости гидродвигателя ниже упругости насыщенного пара рабочей жидкости имеются ограничения режима движения по ускорению. Однако способы торможения первой группы не всегда приемлемы при работе гидропривода с попутной нагрузкой на выходном звене его гидродвигателя.
Ко второй группе способов торможения автор предлагает отнести способ торможения выходного звена гидропривода путем увеличения гидравлического сопротивления гидролиний установкой тормозных устройств с уменьшаемой площадью проходных сечений Отмечено, что тормозное устройство, посредством которого производится увеличение гидравлического сопротивления соответствующего участка гидропривода, может устанавливаться в напорную, сливную или сразу в обе указанные гидролинии привода. Когда тормозное устройство расположено в напорной гидролинии привода, максимально возможное по абсолютной величине ускорение при торможении выходного звена гидропривода, при прочих равных условиях, соответствует уменьшению давления рабочей жидкости в напорной плоскости гидродвигателя до упругости ее насыщенного пара, а когда расположено в сливной гид-ролинии - определяется или упругими или прочностными характеристиками гидропривода. В силу этого диапазон законов движения выходного звена гидропривода в процессе его торможения, которые можно реализовать, во втором случае оказывается намного шире. Далее автором сделан вывод о том, что в связи с тем, что при торможении давление в напорной полости гидродвигателя повышается сверх давления открытия предохранительного клапана, то с энергетической точки зрения второй способ торможения менее экономичен, чем первый, однако их применение не накладывает ограничений на возможности выполнения гидроприводом после торможения той или иной операции.
К третьей группе способов торможения автором отнесен способ изменения характерного геометрического размера, используемого в нем гидродвигателя. Например, схема ГЦ, эффективная площадь поршня которого скачком уменьшается при подходе выходного звена ГЦ к каждому из крайних рабочих положений. Этот способ торможения эффективен только для крайних положений поршня ГЦ.
Далее автором предложены способы торможения выходного звена гидропривода путем изменения коммутаций (соединений) его компонентов и путем преднамеренного увеличения внешней нагрузки. Наиболее эффективным с точки зрения автора являются комбинированные способы торможения выходного звена гидропривода, учитывающие достоинства первых пяти групп.
Программа и методика экспериментальных исследований влияния совместного и раздельного движений стрелы и рукояти на динамическую нагруженность и производительность гидроманипулятора
Исследования, проведенные в работе [21]показали, что при подъеме стрелы гидроманипулятора с грузом значительное влияние на динамическую нагруженность оказывает действие первичного и вторичного предохранительных клапанов. Рассматривается случай срабатывания одного предохранительного клапана, эффективно ограничивающего давление на уровне 19 МПа при номинальной подаче и первичного (давление настройки 19 МПа) с вторичным (давление настройки 21 МПа) вместе, эффективно ограничивающих давление при номинальной подаче только в случае совместной работы. При жесткой характеристике предохранительных клапанов время переходного процесса, в случае подъема стрелы с номинальным грузом на максимальном вылете, при работе первичного и вторичного предохранительных клапанов сокращается примерно в 1,5 раза. Однако при этом не учитывались конструктивные особенности первичного и вторичного предохранительных клапанов.
В работе [бо] рассмотрено влияние статических характеристик вторичного предохранительного клапана на динамическую нагруженность и быстродействие механизма подъема стрелы гидроманипулятора. Однако не исследовано влияние ударного и первичного предохранительных клапанов на динамическую нагруженность и производительность механизма подъема стрелы.
Наличие двух предохранительных клапанов (первичного и вторичного), настроенных на разные (до 10%) давления позволяет сократить время разгона механизмов с большими инерционными силами и одновременно снизить динамические нагрузки в пусковых режимах. При срабатывании вторичного клапана, настроенного на меньшее давление, первичный, настроенный на большее (на 10%) давление поддерживает давление и дает возможность сообщить системе импульс силы, обеспечивающий разгон системы. Однако, в силу инерционности подвижных частей предохранительных клапанов и их конструктивных параметров, они во-первых, не реагируют на кратковременные пики давления, во-вторых, ввиду особенностей зависимости Р f(Q), часть рабочей жидкости, до достижения давления срабатывания клапана, перепускают на слив вследствие чего увеличивается время цикла. а) при работе вторичного клапана; б) при работе первичного и вторичного клапанов; в) при работе вторичного и ударного клапанов; г) при работе первичного вторичного и ударного предохранительных клапанов, при подъеме номинального груза на максимальном вылете с ра=- 10 до $w=60 манипулятором ЛВ-185-10
Проведенными теоретическими исследованиями установлено следующее: ударный предохранительный клапан не оказывают влияния на динамическую на-груженность и быстродействие механизмов гидроманипулятора в режиме подъема стрелы с грузом. Однако, при торможении опускающейся стрелы с грузом, когда первичный (основной) предохранительный клапан не действует, а кинетическая энергия опускающейся стрелы с грузом велика работа ударного клапана может оказать существенное влияние на динамическую нагруженность гидроманипулятора. Исследования также показали, что при работе первичного и вторичного предохранительных клапанов, (рисунок 2.21.6)) в сравнении с кривой (рисунок 2.21а)) (работа только вторичного предохранительного клапана) колебания давления в поршневой полости ГЦ подъема стрелы отсутствуют, что снижает динамическую нагруженность гидроманипулятора. #
Исследование динамической нагруженности механизмов подъема стрелы и поворота гидроманипулятора при торможении совместно движущихся звеньев
В работах [63,64] рассмотрено совместное движение звеньев гидроманипулятора: подъем стрелы и вращения колонны. Однако наибольшие динамические нагрузки возникают при торможении совместно движущихся звеньев.
Торможение опускающейся стрелы на горизонте и вращающейся колонны приводит к возникновению наибольших динамических нагрузок. Торможение производится путем прекращения подачи и слива рабочей жидкости из полостей ГЦ подъема стрелы и вращения колонны. Динамические силы, возникающие при торможении механизмов, зависят от скоростей движения звеньев в момент начала торможения, характеристики гидрораспределителя - зависимости подачи рабочей жидкости от хода золотника, а также статических характеристик предохранительных клапанов.
Уравнения расходов рабочей жидкости в напорных и сливных полостях ГЦ подъема стрелы и поворота колонны, а также уравнения движения стреловой группы и колонны гидроманипулятора, кинематическая схема которого представлена на рисунке 2.22, можно записать в виде системы:
Результаты экспериментальных исследований влияния характеристик предохранительных клапанов, конструкции и параметров дросселей на динамическую нагруженность и производительность гидроманипулятора при раздельной и совместной работе механизмов подъема стрелы и вращения рукояти
Основным результатом исследований являются разработанные методы повы-ф шения эффективности применения лесопромышленных гидроманинуляторов в составе лесозаготовительных и лесохозяйственных машин путем увеличения производительности, повышения надежности, снижения материалоемкости, энергозатрат на основе совершенствования кинематики и гидравлической системы.
На основании проведенных теоретических и экспериментальных, исследова-Ш ний можно сделать следующее заключение:
1. На выбор минимального полезного объема ГЦ вращения рукояти «складывающегося» гидроманипулятора существенное влияние оказывают инерционные силы, которые в значительной мере зависят от кинематических параметров механизма вращения рукояти. Переход к обоснованным значениям параметров позволяет снизить полезный объем ГЦ вращения рукояти «складывающегося» гидроманипулятора и увеличить его быстродействие в 1,5 раза, а также снизить массу на 17 кг.
2. Динамическая составляющая усилия ГЦ вращения рукояти «складывающегося» гидроманипулятора зависит как от скорости движения штока, так и от метри-ческих параметров кинематической схемы.
3. Применение гидроманипулятора с двухконтурной системой управления позволяет снизить энергозатраты до 6,6 % по сравнению с гидроманипулятором с одноконтурной гидросистемой. Наиболее перспективный для снижения энергозатрат является применение насоса с регулируемым расходом, независимым от нагрузки в комплекте с гидрораспределителем с обратной LS связью, который позволяет снизить энергозатраты на 12,5%, повысить производительность гидроманипулятора в 1,2 раза по сравнению с нерегулируемым насосом.
4. Наиболее эффективна установка дросселей с обратным клапаном диамет ром 3,0 мм в магистралях напорной и сливной полостях ГЦ механизма поворота гидроманипулятора, позволяющая снизить динамические нагрузки до 40% и увели чить его быстродействие в 1,1 раза.
5. При установке двух насосов производительность гидроманипулятора увеличивается в 1,68 раза, а динамические нагрузки снижаются до 20%.
6. Ударный предохранительный клапан не оказывает существенного влияния на динамическую нагруженность и производительность гидроманипулятора при подъеме груза. Работа первичного предохранительного клапана с вторичным наиболее эффективна для снижения динамических нагрузок.
7. Скорость поворота колонны гидроманипулятора не оказывает существенного влияния на динамическую нагруженность ГЦ подъема стрелы при совместном движении опускающейся стрелы и вращающейся колонны.
8. Динамическая нагруженность и производительность гидроманипулятора в значительной мере зависит от характеристик предохранительных клапанов, конструкции и параметров дросселей, сжимаемости рабочей жидкости и податливости элементов гидропривода. Если давление начала срабатывания предохранительного клапана соответствует давлению его настройки и не изменяется в диапазоне расходов жидкости до номинального значения, то это положительно влияет на быстродействие механизмов гидроманипулятора, но несколько увеличивает динамические нагрузки. Если давление начала срабатывания предохранительного клапана ниже давления его настройки в диапазоне расходов до номинального значения, это снижает быстродействие механизмов гидроманипулятора, но уменьшает динамические нагрузки.
9. Разработанные математические модели механизмов гидроманипулятора при раздельном и совместном движении стрелы и рукояти, стрелы и механизма поворота, механизма поворота с учетом работы предохранительных клапанов с применением ЭВМ позволяют значительно снизить сроки проектирования и с высокой степенью точности определить нагрузки на механизмы с учетом динамики.
Разработанные методики могут широко применяться при проектировании гидравлических манипуляторов на машиностроительных предприятиях.
Математические модели рабочих процессов применяются при выборе оптимальных кинематических схем механизма вращения рукояти «складывающегося» гидроманипулятора, выборе элементов гидрооборудования (гидрораспределителей, дросселей, ГЦ и т.д.) для снижения динамических нагрузок и повышения производительности гидроманипуляторов.
На ОАО «Майкопский машиностроительный завод» поставлен на серийное производство гидроманипулятор с двухконтурной системой управления с гидрораспределителем, имеющим лучшие характеристики предохранительных клапанов, с набором дросселей с обратным клапаном, устанавливаемых в гидролиниях стрелы, рукояти и механизма поворота колонны. Опытная партия «складывающегося» гидроманипулятора ЛВ-220 с грузовым моментом 120 кНм изготовлена и проходит испытания.
