Введение к работе
Актуальность темы. Разработка и внедрение в производство новых технических решений, обеспечивающих повышение производительности, снижение материалоемкости, уменьшение вредного воздействия на окружающую среду лесозаготовительных и лесохозяиственных машин является приоритетным направлением научно-технического прогресса.
Применение машин манипуляторного типа позволило перевести лесную отрасль на промышленную основу, заменить ручной труд машинным, повысить производительность и улучшить условия труда. Манипуляторы нашли широкое применение в составе валочно-пакетирующих, ва-лочно-трелевочных, валочно-сучкорезно-раскряжевочных, погрузочно-транспортных, передвижных и стационарных рубильных и других лесных машинах.
Учет влияющих факторов при проектировании манипуляторов, в том числе и податливости рабочей жидкости и элементов гидропривода, позволяет на стадии проектирования обеспечить высокий технический уровень, сократить объем испытаний за счет повышения достоверности расчетов.
Созданию манипуляторов высокого технического уровня препятствует то, что недостаточно исследованы величины влияния податливости рабочей жидкости, элементов гидропривода и звеньев манипулятора на его динамическую нагруженность. Не учтено влияние податливости рабочей жидкости и элементов гидропривода на оптимальные значения параметров механизмов подъема стрелы и привода рукояти.
Разработка более точных математических моделей рабочих процессов гидроманипуляторов с учетом утечек в гидросистеме, работы предохранительных устройств, податливости рабочей жидкости и элементов гидропривода позволит наиболее полно и объективно определять нагрузки, преодолеваемые манипулятором в процессе работы, а значит оценить напряженное состояние звеньев, в том числе и в переходных режимах.
Поэтому тема диссертационной работы актуальна. Научные исследования проводились в рамках комплексной программы повышения технического уровня лесозаготовительной техники ОАО «Концерн Лесмаш» и плана по совершенствованию техники ОАО «Майкопский машзавод».
Цель работы: Совершенствование конструкции гидравлических манипуляторов на основе моделирования рабочих процессов при различных режимах работы манипулятора с учетом влияния податливости рабочей жидкости и элементов гидропривода на выбор значений параметров гидравлических и кинематических схем механизмов манипуляторов.
Объекты и методы исследования. Объектом исследований являются погрузочно-разгрузочные манипуляторы отечественного производства, серийно изготовляемые ОАО «Майкопский машиностроительный завод». Теоретические исследования процессов, протекающих при работе манипу-
ляторов, проводятся аналитическим методом с применением ЭВМ, что позволяет многократно сократить время расчетов и повысить точность. Системы дифференциальных уравнений, описывающих работу механизмов манипулятора, решаются с применением численных методов.
Экспериментальные исследования с целью подтверждения результатов теоретических исследований проводились на натурных образцах гидроманипуляторов путем тензометрирования в испытательном центре «Испытатель», аккредитованном Госстандартом России.
Научная новизна работы Разработаны математические модели механизмов манипулятора, позволяющие учитывать влияние коэффициента податливости рабочей жидкости, элементов гидропривода и утечек на динамическую нагруженность гидроманипулятора при различных режимах работы. Обоснованны параметры манипулятора с переменным грузовым моментом.
Исследовано влияние податливости рабочей жидкости, элементов гидропривода и утечек в гидросистеме на синхронность работы двух гидроцилиндров подъема стрелы.
Результаты теоретических исследований подтверждены серией экспериментов по исследованию динамической нагруженности гидроманипуляторов при различных режимах работы.
Практическая ценность работы. Предложенные методики позволяют: определить динамическую нагруженность механизмов манипулятора в переходных режимах работы; сократить время инженерных расчетов конструкционных параметров новых гидроманипуляторов и повысить их точность; обосновать целесообразность разработки и применения манипулятора с автоматической подстройкой момента приложения усилия, развиваемого гидроцилиндром подъема стрелы; сделать вывод о целесообразности применения двух гидроцилиндров механизма подъема стрелы; учитывать влияние податливости рабочей жидкости и элементов гидропривода на динамическую нагруженность механизмов; обосновать возможность повышения производительности и снижения динамической нагруженности манипулятора при совмещении движений подъема стрелы и вращения рукояти.
Научные положения, выносимые на зашиту:
математические модели работы механизмов манипуляторов, позволяющие учитывать влияние утечек в гидросистеме, работы предохранительных устройств, коэффициента податливости рабочей жидкости и элементов гидропривода на их динамическую нагруженность;
влияние податливости рабочей жидкости и элементов гидропривода на динамическую нагруженность наиболее распространенных механизмов подъема стрелы и привода рукояти в переходных режимах при совместной и раздельной работе механизмов;
влияние податливости рабочей жидкости и элементов гидропривода на выбор значений параметров кинематических схем механизмов подъема стрелы и привода рукояти при установившемся движении;
динамическая нагруженность манипулятора с переменным грузовым моментом с учетом утечек в гидросистеме, работы предохранительных устройств, податливости рабочей жидкости и элементов гидропривода;
закономерность в нагруженности 2-х гидроцилиндров, одновременно работающих на привод механизма подъема стрелы, с учетом утечек и податливости рабочей жидкости и элементов гидропривода;
методика определения динамической нагруженности манипулятора при различных режимах работы.
Реализация работы. Разработанные методы расчетов внедрены в ОАО «Майкопский машиностроительный завод» на стадии проектирования и производства манипуляторов.
Апробация работы. Предлагаемые методики апробированы на манипуляторах ЛВ-184А, ЛВ-185-03, ЛВ-185-07, серийно изготовляемых ОАО «Майкопский машиностроительный завод», а также на опытном образце манипулятора с переменным грузовым моментом. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях «Перспектива 98» в Кабардино-Балкарском государственном университете (1998 г.), Майкопском государственном технологическом институте (1998 г.) и ВГЛТА (1998-=-2000 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано семь печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, содержит 140 страниц машинописного текста, 5 таблиц, иллюстрирована 73 рисунками. Список литературы включает 106 наименований. Приложение содержит 29 страниц машинописного текста.