Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследований
1.1. Способы снижения динамических нагрузок. в элементах манипулятора 9
1.2. Пневмогидроаккумуляторы и их применение 22
1.3. Различные упругодемпфирующие элементы в навесных сельскохозяйственных машинах 29
1.4. Задачи исследования 35
2. Теоретические исследования работы погрузочного манипулятора с упругодемпфирующими устройствами в навеске трактора .
2.1. Расчетные схемы манипуляторов 36
2.2. Особенности кинематического анализа манипулятора с пневмогидравлическои связью в навеске 41
2.3. Динамическая модель манипулятора с пневмогидравлическои связью 47
2.4. Методика проведения факторного теоретического исследования 73
2.5. Результаты теоретических исследований 75
2.6. Выводы по главе 2 82
3. Методика экспериментальных исследований .
3.1 . Задачи экспериментального исследования 83
3.2. Экспериментальная установка для исследования динамики погрузочного манипулятора с пневмогидравлическои связью в навеске 84
3.3. Стенд для испытания уплотнений, установленных упруго 94
3.4. Методика проведения факторного эксперимента 98
3.5. Выводы по главе 3 105
4. Анализ результатов экспериментальных исследовании .
4.1. Результаты динамических испытаний погрузчика с пневмогидравлической связью в навеске 106
4.2. Определение положения центра тяжести перемещаемого груза 118
4.3. Сопоставление результатов теоретического и экспериментального исследований 121
4.4. Выводы по главе 4 126
5. Перспективы развития гидросистем с упругими звеньями 128
Выводы по главе 5 140
Технико-экономический расчет 141
Общие выводы и рекомендации 147
Литература 149
Приложения
- Способы снижения динамических нагрузок. в элементах манипулятора
- Расчетные схемы манипуляторов
- Задачи экспериментального исследования
- Результаты динамических испытаний погрузчика с пневмогидравлической связью в навеске
Введение к работе
Современное сельскохозяйственное производство характеризуется большим удельным весом малообъемных рассредоточенных погрузочно-разгрузочных, технологических, ремонтных, вспомогательных, подсобных и других работ, связанных с подъемом и перемещением грузов. Затраты на выполнение таких работ в процессе сельскохозяйственного производства достигают 40-50% от стоимости продукции.
Большой объем погрузочно-разгрузочных работ выполняется универсальными стреловыми погрузчиками и, как правило, основным видом привода исполнительных механизмов отечественных и зарубежных погрузчиков является гидропривод, имеющий ряд известных преимуществ перед другими приводами. В процессе производства сельскохозяйственной продукции количество штучных и затаренных грузов составляет почти 50% от общей номенклатуры сельскохозяйственных грузов. Для операций с сельскохозяйственными штучными грузами наиболее эффективны гидроманипуляторные устройства, исключающие применение ручного труда. Одним из направлений совершенствования гидрофицированных погрузчиков, к числу которых относятся и погрузочные манипуляторы, является снижение амплитуды колебаний и динамических нагрузок, возникающих в элементах конструкции и предопределяющих режимы нагружения. Поэтому очень важно оценить и повысить эффективность манипуляторов при различных условиях их применения и этот вопрос может стоять как на стадии проектирования новой машины, так и в процессе её использования.
Наибольшие нагрузки на конструкцию и привод погрузочных устройств возникают при переходных процессах во время подъема и опускания груза.
Динамические нагрузки в металлоконструкции и колебания элементов погрузочных машин воздействуют через силовые цилиндры на динамику гидросистемы в целом, вызывая гидроудары и колебания в гидросистеме привода.
При расчетах конструктивных параметров погрузчиков и оптимизации динамических систем с целью получения благоприятных режимов нагружения учитывают коэффициент динамичности, который определяется из отношения максимального значения нагрузки в исследуемом режиме к ее статическому значению [35]. Завышенное его значение предполагает увеличение долговечности конструкции, однако, часто приводит к завышению металлоемкости и, соответственно, стоимости конструкции, а заниженное значение коэффициента динамичности влечет за собой снижение надежности работы погрузочного устройства.
Опыт эксплуатации погрузочных машин с гидроприводом показывает, что напряжения в элементах конструкции в переходных процессах значительно отличаются от напряжений, определяемых статически [31,133].
Неправильный учет действительных динамических нагрузок, действующих на узлы машин в процессе эксплуатации, а также отсутствие надлежащих методов динамического расчета гидропривода приводят к частым разрушениям и деформациям деталей и узлов.
Общие вопросы теории и расчета объемного гидропривода освещены в работах Т.М.Башты, В.Н.Прокофьева, В.В.Ермакова и др.
Большой вклад в построение основ расчетов грузоподъемных машин и в частности динамических расчетов внесли ученые Я.В.Рось, О.Г.Озол, ЗЭ.Радзинь, З.Э.Рахманин, В.Ф.Дубинин, В.М.Герасун, П.И.Павлов, В.Л.Строков, В.И.Пындак, А.Ф.Рогачев, Ю.Г.Лапынин, А.П.Потемкин, В.В.Ведерников, А.И.Чепурной, В.К.Панов, Д.И.Данчев, А.К.Володько, Ю.П.Подгорный, В.А.Бубнов и много других ученых [13,14,16,17,25,51,68].
Исследованиям, посвященным устойчивости работы трехгранной пирамиды, которая составляет основу конструкции навесных погрузочных манипуляторов, посвящены работы В.Л.Строкова, В.И. Пындака, А.Ф. Рогачёва, А.И. Удовкина, Ю.П. Теплякова и многих других [131,153].
Тем не менее в существующей литературе исследованию динамических явлений, возникающих при работе грузоподъёмных машин с гидравлическим приводом и влияющих на производительность, уделено всё же недостаточно внимания.
С углублением мирового энергетического кризиса актуальными остаются основные требования высокопроизводительных погрузочных манипуляторов: работать быстро, дёшево, надёжно и экономично.
В связи с вышеуказанным настоящая работа посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию навесного погрузочного манипулятора специальной конструкции с нерегулируемым гидроприводом при использовании упругодемпфирующих связей и направлена на повышение эффективности его работы в системе - «манипулятор-гидропривод».
Одним из путей снижения динамической нагруженности является введение в систему различных упругодемпфирующих элементов.
Диссертационная работа имеет цель: повышение эффективности навесного погрузочного манипулятора сельскохозяйственного назначения путем снижения динамичности рабочего процесса, уменьшения времени технологических циклов и энергозатрат за счет регулирования параметров пневмогидравлической связи манипулятора с энергетическим средством.
В связи с этим настоящая работа посвящена теоретическому и экспериментальному исследованиям погрузочных манипуляторов сельскохозяйственного назначения с пневмогидравлической связью (ПГС) его с трактором.
В результате решения поставленной задачи предложен способ перемещения выходных звеньев манипулятора, заключающийся в том, что в навесном устройствке введена ПГС. Введение ГТГС в навеске трактора повышает эффективность механизма за счет снижения колебаний давлений в гидроприводе, уменьшения динамических нагрузок на элементы конструкции.
Научная новизна - разработана математическая модель погрузочного манипулятора, дополнительно учитывающая в качестве обобщенной координаты угол наклона его относительно основания, с которым манипулятор связан упругодемпфирующей связью. Уточнены зависимости упругих и демпфирующих характеристик элементов связи манипулятора с основанием.
Достоверность разработанных положений, выводов и рекомендаций подтверждена достаточной сходимостью результатов факторных теоретического и экспериментального исследований, апробацией на научных конференциях разного уровня. Стендовое оборудование для исследования гидропривода с упругодемпфирующими связями защищено патентом на изобретение [109].
Практическая значимость полученных результатов исследования подтверждается актами внедрения в производство и учебный процесс ВГСХА, и заключается в выработке рекомендаций по снижению динамических нагрузок на погрузчик и весь агрегат в целом.
Ввиду сложности учета в исследовании всех факторов, влияющих на динамические нагрузки и, как следствие, на производительность погрузочного манипулятора, в диссертации сделаны некоторые допущения, о которых сказано в соответствующих главах работы.
На защиту выносятся:
1. Математическая модель погрузочного манипулятора с упругодемпфирующей связью в навеске трактора.
2. Результаты теоретических исследований погрузочных манипуляторов с пневмогидравлической связью в навеске. 3. Результаты экспериментальных исследований по определению эффективности упругодемпфирующих связей в гидроприводе и элементах погрузочного манипулятора.
4. Результаты технико-экономической оценки использования упругодемпфирующей связей в верхней тяге навески погрузочного манипулятора.
Работа выполнена на кафедре «Сопротивление материалов и детали машин» Волгоградской государственной сельскохозяйственной академии в соответствии с планом НИР, комплексная тема «Создание и совершенствование гидравлических и пневмогидравлических приводов гидросистем мобильных и стационарных сельскохозяйственных машин» № ГР 01.9.30 003181, инвентарный № 02.9.50 003981.
Результаты исследований докладывались на ежегодных научно технических семинарах и конференциях Волгоградской государственной сельхозакадемии, а также международной конференции в г.Дагомыс в 2001 г, всероссийской научно-технической конференции Мордовского государственного университет в г.Саранске, научно-практической конференции Пензенской государственной сельскохозяйственной академии.
По теме диссертации опубликовано 23 печатные работы, включая 4 изобретения, выпущено 2 отчета о НИР. Результаты сравнительных экспериментальных исследований гидрофицированного погрузочного манипулятора с упругодемпфирующими связями в гидроцилиндрах опубликованы в центральном журнале «Тракторы и сельскохозяйственные машины», 1999, № 12.
Диссертационная работа состоит из введения, шести разделов, общих выводов и рекомендаций, списка литературы и приложений, в диссертации 167 страниц, в том числе ПО страниц машинописного текста, 6 таблиц, 50 рисунков, 2 приложения.
Способы снижения динамических нагрузок. в элементах манипулятора
Простейший навесной кран поднимает груз непосредственно поворотом стрелы в вертикальной плоскости. При отсутствии гибкого подъемного органа, несущего в себе роль естественного амортизатора и одновременно демпфера динамических нагрузок, инерционное воздействие груза в момент его отрыва от опорной поверхности весьма значительно. В классическом краностроении не существует единой, международной признанной методики определения динамической добавки к номинальной грузоподъемности, обусловленной внезапностью приложения нагрузки.
Другой особенностью жестких, бесканатных систем является то, что действительное число циклов нагружений стрелы превосходит в несколько раз число подъемов, так как каждый подъем сопровождается затухающим вибрационным процессом [29].
Первые модели сельскохозяйственных манипуляторов появились в 50-х годах и с тех пор их конструкция и номенклатура непрерывно совершенствуются и развиваются по следующим направлениям: ? повышение механической прочности металлоконструкций за счет внедрения оригинальных конструкторских решений; ? снижение массы изделия, являющейся одним из основных параметров, характеризующих манипулятор, поскольку завышенная масса снижает полезную грузоподъемность базового энергетического средства; ? совершенствование системы управления; ? расширение рабочей зоны грузозахватного органа и области применения за счет создания широкого набора модификаций стрелового оборудования и сменных рабочих органов; ? снижение динамических нагрузок на металлоконструкцию манипулятора;
Малогабаритные, унифицированные погрузчики, к которым относятся и погрузочные манипуляторы хорошо зарекомендовали себя в сельском хозяйстве при погрузке-разгрузке контейнеров, штучных и пакетированных грузов, успешно применяются как в растениеводстве и животноводстве, так и на подсобных работах, и в сельском строительстве.
Общий обзор показывает, что для механизации погрузочно -разгрузочных работ в сельском хозяйстве необходимы различные типы погрузчиков: фронтальные (рис. 1.1.1,а) и с поворотной стрелой (рис. 1.1.1, б, в, г). В настоящее время количественное соотношение обоих типов примерно одинаково. Однако наблюдается тенденция к увеличению числа погрузчиков с поворотной стрелой, и для большей универсальности - навешиваемых на навесную систему трактора.
Помимо поворотных погрузчиков, существуют погрузчики на основе пространственного исполнительного механизма в виде треугольной пирамиды (рис. 1.1.2). Особенностью кинематических схем этих манипуляторных погрузчиков является то, что функции ведущих звеньев выполняют силовые гидроцилиндры, которые воспринимают большие внешние нагрузки [35,37,123].
Анализируя кинематические схемы гидрофицированных погрузчиков с поворотной стрелой и с пространственным исполнительным механизмом, можно выделить одну особенность: погрузчики, состоящие как правило из шарнирно сочлененных стрелы и рукояти, могут иметь верхнюю установку гидроцилиндра привода рукояти (рис. 1.1.1,6 и рис. 1.1.2, в) и нижнюю (рис. 1.1.1, в, г и рис. 1.1.2,б,г).
Динамические нагрузки в металлоконструкции и колебания элементов погрузочных машин воздействуют через гидроцилиндры на динамику гидросистемы в целом, вызывая гидроудары и колебания в гидросистеме привода.
Поэтому одним из направлений совершенствования гидрофицированных погрузчиков является улучшение динамических характеристик гидропривода. Уменьшение динамических нагрузок в гидросистеме увеличивает ресурс гидроагрегатов и узлов. Общеизвестно, что около 80% отказов современных грузоподъемных машин в основном связано с динамическими нагрузками, которые приводят к повышенному изнашиванию трущихся элементов, усталостному разрушению деталей и механизмов, появлению недопустимых остаточных деформаций [5].
Наибольшие нагрузки на конструкцию и привод погрузочных манипуляторов, как и других грузоподъемных механизмов, возникает при переходных процессах во время подъема и опускания груза.
Расчетные схемы манипуляторов
Навесной погрузочный манипулятор представляет собой рычажный механизм, несущая рама которого связана с базовой машиной посредством трехточечной навесной системы и опирается на жесткие ауттригеры. Движение звеньев манипулятора обеспечивается силовыми гидроцилиндрами. При одновременном изменении длины обоих гидроцилиндров осуществляется подъем и опускание стрелы. Третий цилиндр установлен на рукояти. Изменение деформации отдельных звеньев является результатом действия внешних нагрузок и инерционности масс несущей рамы и базовой машины. Груз при работе грузоподъемной машины подвешен на подвесе, поэтому наблюдается его раскачивание, которое вызывает дополнительные нагрузки на элементы конструкции и создает неудобства при эксплуатации. Действительное число циклов нагружения превосходит в несколько раз число подъемов груза, так как каждый подъем (опускание) сопровождается вибрационным процессом [132]. Кроме того, существует предел, начиная с которого форсирование скорости не приводит к желаемым результатам - повышению производительности труда из-за увеличения времени затухания колебаний. Динамические нагрузки, вызывающие раскачивание груза на подвесе и в рабочем органе, а также колебания давления в системе, влекут за собой повышенный износ и преждевременное усталостное разрушение элементов гидропривода, металлоконструкций и транспортной базы. Они существенно влияют на качество проведения техноло гических операций, а в конечном счете, препятствуют повышению производительности агрегата, поскольку для «успокоения» рабочего органа приходится прерывать или «растягивать» по времени рабочие циклы.
Расчетная схема навесного погрузочного манипулятора, при исключении всех второстепенных условий, должна отражать основные качества конструкции. При этом следует тщательно учитывать специфику рабочих процессов с целью выявления наиболее характерных и наименее благоприятных условий ее работы.
В последнее время в сельскохозяйственном производстве находят применение контейнерные и пакетные перевозки. В контейнерах перевозят картофель, овощи, плоды бахчевых культур, фрукты и т.п., в мешках из синтетического материала - удобрения. При перевозке плодов навалом из-за ударов и статических воздействий их повреждаемость гораздо больше, чем при транспортировке в контейнерах. Анализ конструктивных параметров стандартных контейнеров (1270x900x1350 мм) показывает, что масса помещаемого в них груза составляет 250-600 кг для овощей, фруктов, бахчевых.
При построении расчетной схемы нас прежде всего интересовали экстремальные значения динамических нагрузок, способствующих появлению колебаний в гидроприводе и элементах всей конструкции навесного погрузочного манипулятора. При этом могут иметь место различные режимы работы манипулятора. Наиболее неблагоприятными являются разгон при подъеме и торможение при опускании груза, так как в этих случаях динамическая нагрузка совпадает по направлению со статической и суммируется с ней в самом начале переходного процесса. Как показано в работе [35, 154] ускорение, а следовательно, и динамические нагрузки при гидравлическом торможении превышают ускорения пуска на 30-35%.
На основании вышеизложенного можно предположить, что максимальные нагрузки на погрузочный манипулятор возникнут при торможении опускаемого груза. Натуральные тензометрические испытания [66] показали, что кривые изменения нагрузок в элементах погрузочного манипулятора носят многокомпонентный характер. Так, например, причиной возникновения высокочастотной составляющей служат упругие колебания металлоконструкции, раскачка груза.
Сокращение времени технологического цикла, и как следствие повышение производительности, погрузочного устройства прежде всего произойдет за счет уменьшения времени, необходимого на успокоение колебаний груза.
Точность решения динамической задачи, как справедливо утверждают авторы работы [39], тем выше, чем больше учитывается подвижно-стей (степеней свободы) системы, обусловленных, в частности, конечной жесткостью шин трактора, деформацией фунта под его колесами и опорами манипулятора, податливостью грузозахватной стрелы и т.п.
Задача составления динамической модели погрузочного манипулятора состоит в том, что при минимальном числе обобщенных координат -с достаточной для практики степенью точности — описать переходные процессы в грузоподъемных устройствах.
Модель реальной системы должна удовлетворять двум главным требованиям: она должна быть в допустимых пределах адекватна реальной системе и подробно отражать основные физические свойства этой системы; расчетная схема должна быть не очень сложной, чтобы решение ее математического описания оказалось не слишком трудоемким, и не принятые допущения должны быть оправданы получением более точного решения.
Расширение кинематических возможностей погрузочного манипулятора возможно увеличением числа подвижных секций стрелы. Реальные гидродинамические системы обладают значительным числом степеней свободы вследствие деформируемости их элементов. Однако МОЖНО С ДОС таточной точностью вводить в расчетную схему ограниченное число деформируемых элементов.
Учесть все взаимодействующие элементы машины в динамическом расчете весьма сложно, а во многих случаях их не следует учитывать, поскольку на формирование динамических нагрузок не все факторы влияют одинаково.
Поэтому большую роль играет построение достаточно полных динамических моделей, с помощью которых без существенного снижения точности результатов можно решать поставленные задачи.
Принимая во внимание тот факт, что наиболее нагруженный режим и основная работа погрузчиков происходит во фронтальной плоскости, рассмотрим несколько расчетных схем с плоской кинематической цепью [35].
На рис.2.1.1 представлены упрощенные динамические модели гид-рофицированных погрузочных устройств с плоской кинематической цепью, причем во всех схемах введена дополнительная обобщенная координата Л- угол наклона манипулятора. В качестве обобщенных координат приняты также: угол поворота стрелы ф, рукояти 9 и угол отклонения груза от вертикальной оси . Для дальнейшего исследования остановимся на расчетной схеме, представленной на рис.2.1.1 д. Данная модель позволит определить основные параметры навесного манипулятора с упругодемп-фирующей связью в силовых цилиндрах и в верхней тяге навески трактора.
Задачи экспериментального исследования
Весь комплекс экспериментальных исследований был разделен на предварительные (поисковые) и основные. Целью предварительных исследований является выявление наиболее нагруженных режимов работы и определение значений постоянных коэффициентов математической модели манипулятора с пневмогидравлической связью (ПГС) в навеске. При проведении экспериментальных исследований ставились следующие задачи: 1. Проверить работоспособность манипулятора с ПГС с трактором. 2. Установить соответствие реальной конструкции и ее математической модели. 3. Установить динамические параметры погрузочного манипулятора с ПГС в переходных режимах. 4. Определить нагрузки, действующие на погрузочный манипулятор и навесную систему трактора
В ходе экспериментального исследования предполагалось выяснить ряд эксплуатационных показателей: плавность работы манипулятора с ПГС; надежность и работоспособность отдельных узлов и т.п.
К стендовому оборудованию для исследования гидропривода с упругими связями предъявляются следующие требования: -возможность быстрой смены различных гидроагрегатов и наименьшая трудоёмкость этих операций; -широкий диапазон нагружения гидроприводов с различными видами упругодемпфирующих связей; - регистрация всех интересующих кинематических и динамических параметров гидроприводов машин; - адекватность представления величин нагружения и регистрируемых параметров для различных видов упругодемпфирующих связей независимо от места их установки; Для решения задач экспериментального исследования был создан универсальный стенд для испытания гидросистем (рис.3.2.1), защищенный патентом [109].
Для создания стенда за основу был взят навесной погрузочный манипулятор НПМ - 0,8. Входящий в состав стенда в качестве рабочего оборудования погрузочный манипулятор имеет два гидроцилиндра для подъема и поворота стрелы, и один цилиндр рукояти. Основание навешивается на навесную систему трактора посредством нижних тяг навески и верхней тяги. Для опоры несущего основания на грунт в рабочем положении на нем смонтированы опорные башмаки.
Гидропривод погрузочного манипулятора представляет собой систему с автономными потоками и индивидуальным питанием гидроцилиндров. Такая гидравлическая система обеспечивает независимую работу гидроцилиндров и расширяет возможности манипулятора.
Перевод грузоподъемного оборудования из походного положения в рабочее и обратно осуществляется гидроцилиндрами навески трактора в обычном порядке. Питание гидросистемы осуществляется от стационарной насосной станции на базе одного насоса типа НШ-32-2, чем имитируется питание от гидросистемы трактора. В качестве распределительного устройства используются сменные блоки серийных распределителей Р75-В2-А001. Входные магистрали гидрораспределителя подключены к насосной станции и баку, а выходные - к поршневой и штоковым полостям каждого исполнительного гидроцилиндра испытываемой гидросистемы. В состав стендового оборудования входит вспомогательная гидроаппаратура, тензометрическая станция, грузовой макет, набор силовых гидроцилиндров и агрегатов с различными типами упругостей [8, 111, 112, 113], большая часть которых разработана и изготовлена в мастерской кафедры «Сопротивление материалов и детали машин» ВГСХА. Кроме того, стенд включает в себя пневмогидравлическую связь манипулятора с трактором, гидравлическая схема которой представлена на рис.3.2.2. Для расширения диапазона параметров пневмогидравлической связи использовались три пневмогидроаккумулятора с возможностью изменять начальное давление.
В процессе испытаний может осуществляться перераспределение давлений в полостях пневмогидроаккумуляторов с помощью дросселей и дозаправка полостей с помощью заправочных узлов в виде горловин с обратными клапанами.
Для проведения многофакторного исследования был использован сферический пневмогидравлический аккумулятор емкостью 2 л.
Динамические нагрузки, возникающие в системе, производительность, комфортабельность работы зависят от интенсивности раскачивания груза на крюке. Подобные выводы сделаны в работе [35].
Поведение сложной динамической системы гидропривода можно оценить путем регистрации кинематических и динамических параметров. В ходе экспериментальных исследований регистрировались следующие параметры: 1. Давление в поршневых и штоковых полостях силовых цилиндров. 2. Угол поворота рукояти в вертикальной плоскости, а также углы поворота основной стрелы в горизонтальной и вертикальной плоскостях. 3. Ускорение крюковой подвески в горизонтальной плоскости. 4. Усилие, действующее на верхнюю тягу навески трактора. 5. Усилия, действующие на опорные башмаки погрузочного манипулятора. 6. Потребляемую мощность насосной станции. 7. Время выполнения погрузо-разгрузочных работ. Регистрация всех параметров проводилась одновременно. Разнообразие измеряемых величин наложило отпечаток как на измерительную аппаратуру, так и на конструкцию тензоузлов и датчиков. На рис.3.2.3 показано размещение датчиков на экспериментальной установке: 1- потребляемая мощность насосной станции. 5-6 - реакции почвы на колеса трактора и опорные башмаки; 7-14 - давления в поршневых и штоковых полостях гидроцилиндров: 15-19 - положения и ускорения подвижных элементов; 20-22 - усилия в элементах связи манипулятора с трактором. С целью определения количественной оценки эффективности упругодемпфирующих связей в гидросистеме и элементах (рис.3.2.2, вариант I) погрузочного манипулятора была выбрана самая простая траектория перемещения груза при наиболее характерных случаях динамического нагружения - подъем груза с подхвата до полной его остановки. Перемещаемый груз в конце траектории оставался на весу для выявления остаточных колебаний. Остановку груза определяли с помощью лазерного луча, проецируемого на белый экран с центральной отметкой.
Результаты динамических испытаний погрузчика с пневмогидравлической связью в навеске
Увеличение производительности погрузочного манипулятора неизменно ведет к повышению динамической нагруженности, и как следствие, металлоемкости, за счет того, что каждый подъем (опускание) сопровождается вибрационным процессом, а при повышении скорости увеличива-Щ ется время затухания колебаний. С целью решения задачи роста производительности на различных скоростях при повышении надежности исследовались параметры пневмогидравлической связи в навеске. Динамический коэффициент позволяет учитывать дополнительные нагрузки, возникающие при работе агрегата [35]. Для его определения измерялись усилия в металлоконструкции и элементах агрегатов (в верхней и нижних тягах навески трактора, опорах). По показаниям у-го датчика в каждом /-ом опыте вычисляем коэффициент динамичности , Kj A}/Amf где A j - наибольшее отклонение луча осциллографа; А,„-стабилизированное отклонение. Для схем, условные обозначения которых представлены в табл. 4.1.1, были определены динамические коэффициенты наиболее нагруженных элементов (табл. 4.1.2). Полученные данные показывают, что динамические коэффициенты отличаются между собой. На их величину влияют геометрические соотношения нагруженных элементов и груза, существен но они зависят от скорости и ускорения перемещаемого груза и наличия упругодемпфирующих элементов. Например, повышение скорости опускания груза в два раза приводит к увеличению динамического коэффициента в 1,1...1,5 раза, а применение упругодемпфирующих элементов в навеске снижает его в 1,4...1,6 раза. Нагруженность элементов погрузочного агрегата исследовалась при двух способах подъема груза: 1) при свободном его подвесе; 2) с "подхвата". При подъеме груза возникают колебания, затухание которых по схеме 2 заканчивается в два раза быстрее, чем по схеме 1. Далее усилия в гидроцилиндрах плавно изменяются до остановки грузонесущего оборудования в крайнем положении соответствующем максимальной высоте подъема груза, которая сопровождается резким изменением усилий на штоках всех гидроцилиндров. Причем всплески усилий при применении упругодемпфирующих элементов снижаются до 40%.
При проведении погрузочно-технологических работ значительную долю в общем цикле занимает работа рукоятью. Опускание груза во время экспериментального исследования производилось со скоростью, большей скорости его подъема и равной 1,4 м/с, что привело к более нагруженному режиму работы, чем рассмотренной выше. В этом режиме работа осуществляется верхним цилиндром. Как отмечалось в работах [20,21], начальный момент пуска характеризуется резким падением давлений на во всех гидроцилиндрах в течение 0,08...0,10 с. Дальнейшее движение груза сопровождается повышением давлений, максимальное значение которых достигает в момент окончания работы механизма. В схеме 1 раскачивание груза вызывает интенсивный колебательный процесс во всех гидроцилиндрах, однако наиболее нагруженным является цилиндр поворота рукояти, для которого динамический коэффициент равен Кд=2,2. При применении упругодемпфирующих устройств (схема 2) динамический коэффициент уменьшается в 1,4 раза.
При применении пневмогидравлической связи в навеске изменяется объект колебательного процесса, происходит отклонение основания с заданными параметрами относительно точки, шарнирно связанной с неподвижной опорой, за счет чего металлоконструкция и гидроцилиндры манипулятора разгружаются. Коэффициент динамичности для верхней тяги и для гидроцилиндра рукояти не превышает 1,45. Величина нагрузок на опоры погрузочного манипулятора в среднем имеет те же значения, что и при подъеме груза. Однако в период остановки механизма наблюдаются резкие повышения реакций опор, для них динамический коэффициент равен Кд=1,9, а для манипулятора с упруго-демпфирующими элементами по схеме 2 повышение реакций незначительно -Кд=1,3.
При совмещенном повороте стрелы с грузом по горизонту и её опускании посредством втягивания штока одного из гидроцилиндров пиковое значения усилий в элементах приходится на момент остановки механизма. Причем коэффициенты динамичности в основных элементах манипуляторов при введении упругодемпфирующих устройств снижаются не менее чем на 30% ( табл 4.1.2).
Повышенная скорость перемещения груза и его резкая остановка способствует развитию значительных усилий в гидроцилиндре рукояти (рис.4.1.2). В манипуляторе по схеме 1 раскачка груза вызывает раскачку всего агрегата, что в свою очередь вызывает пиковые повышения усилий в элементах (в гидроцилиндрах, в тягах, в опорах). В погрузочных устройствах с упругодемпфирующими элементами (схема 2) раскачка груза минимальна, что приводит к снижению пиковых усилий во всех элементах (до 30%), что подтверждают значения коэффициентов динамичности, приведенные в табл. 4.1.2. Раскачка навесного оборудования в грузоподъемном агрегате по схеме 1 может привести к развороту его относительно трактора. А в манипуляторе с упругодемпфирующими устройствами по схеме 2 из-за уменьшения динамических нагрузок не происходит разворот манипулятора относительно опор.
Натурные тензометрические испытания опытного образца покали, что кривые изменения нагрузок в элементах гидроманипулятора носят сложный характер. Наиболее нагруженным узлом является верхняя тяга, на примере которой целесообразно провести анализ упругих колебаний [35].
Известно, что кривые изменения усилий в элементах металлоконструкции можно представлять как сумму двух компонент: низкочастотного Ри (кривая 1) и высокочастотного Рв (кривая 2) случайных процессов (рис.4.1.3). Причиной возникновения высокочастотной составляющей служат упругие колебания металлоконструкции, раскачка груза в моменты пуска и остановки механизма. Низкочастотная составляющая является результатом воздействия грузового макета.
