Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние проблемы и задачи исследований
1.1. Современный технический уровень и тенденции развития малогабаритных грузоподъемных средств сельскохозяйственного назначения
1.2.Теоретические предпосылки исследований малогабаритных грузоподъемных средств мани пул яторного типа
1.3. Задачи исследований
2. Основы конструирования, кинематического и силового анализа малогабаритных телескопических гидроманипуляторов
2.1. Совершенствование конструктивно-кинематических схем малогабаритных телескопических гидроманипуляторов
2.2. Расширение возможностей пространственных приводных механизмов и их шарнирных соединений
2.3. Разработка и совершенствование систем управления телескопическими гидроманипуляторами и их оригинальной гидроаппаратуроы
2.4. Кинематика и условия существования пространственных приводных механизмов
2.5. Кинематический анализ модификаций пространственных приводных механизмов
2.6. Особенности кинематики и зона действия телескопических гидроманипуляторов
2.7. Силовой анализ пространственных приводных механизмов...
2.8. Особенности силового расчёта телескопических гидроманипуляторов
3. Методика и результаты экспериментальных исследований
3.1. Объекты экспериментальных исследований
3.2. Особенности методики экспериментальных исследований ...
3.3. Поисковые эксперименты
3.4. Основные результаты экспериментальных исследований
4. Перспективные манипуляционные системы и технологии в сельском хозяйстве. Экономическая эффективность новых технологий
4.1. Некоторые перспективные манипуляционные системы и технологии в сельском хозяйстве
4.2. Пример расчёта экономической эффективности новой технологии.
Общие выводы
Литература
Приложения
- Современный технический уровень и тенденции развития малогабаритных грузоподъемных средств сельскохозяйственного назначения
- Совершенствование конструктивно-кинематических схем малогабаритных телескопических гидроманипуляторов
- Особенности методики экспериментальных исследований
- Некоторые перспективные манипуляционные системы и технологии в сельском хозяйстве
Введение к работе
Актуальность проблемы. В сельскохозяйственном производстве России доля транспортных, погрузочно-разгрузочных, технологических и иных работ с проведением подъемных операций составляет около 40% в стоимости готовой продукции и не имеет тенденции к снижению. Разукрупнение крупных коллективных хозяйств, становление и развитие крестьянских (фермерских) хозяйств и малых сельскохозяйственных предприятий, специализация отдельных хозяйств, развитие на селе инфраструктуры и перерабатывающих производств приводит к возрастанию грузопотока и транспортно-перегрузочных работ.
В условиях мелких хозяйств различного назначения использование серийных автомобильных кранов и тракторных погрузчиков становится эпизодическим и экономически нецелесообразным, а в ряде случаев - и невозможным. Изучение специфических сельскохозяйственных штучных и затаренных грузов показывает [38, 104, 105], что не менее 65% их номенклатуры составляют грузы массой до 600 кг. Для подобных грузов нужны специальные малогабаритные навесные или легко съёмные грузоподъёмные средства.
Подъёмно-технологические операции в небольших животноводческих фермах, теплицах, мастерских, малообъёмных складах и других производственных помещениях в мелких хозяйствах зачастую выполняется вручную. Использование грузоподъёмных средств на тракторах и тракторных самоходных шасси здесь неприемлемо по экологическим показаниям - из-за загазованности помещений выхлопными газами, а электротранспорт типа вилочных погрузчиков имеет ограниченные функциональные возможности.
В связи с этим разработка и совершенствование для крестьянских хозяйств, сельских подворий и малых сельскохозяйственных предприятий малогабаритных передвижных гидроманипуляторов, работающих от электросети и пнев-могидравлических аккумуляторов, относится к актуальной научно-технической проблеме. Этой проблеме и посвящена настоящая диссертационная работа. Актуальность проблемы подтверждается и тем, что уровень механизации погрузочно-разгрузочных и подъёмно-транспортных работ составляет всего 28% [35].
Цель исследования. Усовершенствовать гидроманипуляторы, основу которых составляют пространственные трёхстержневые механизмы в виде треугольной пирамиды с гидроцилиндрами в качестве ведущих звеньев. Провести их кинематические и силовые исследования, определить рациональную зону действия с относительно равномерным распределением нагрузок между цилиндрами. Решить проблемы создания экологической системы управления гидроцилиндрами.
Объект и предмет исследования. Малогабаритный телескопический гидроманипулятор на базе пространственного приводного механизма и устройства дополнительного разворота системы для расширения зоны действия. Кинематический и силовой анализ пространственного механизма и гидроманипуляторов на его основе. Экспериментальный образец малогабаритного передвижного манипулятора с комбинированным приводом гидроцилиндров, включающим пнев-могидравлические аккумуляторы. Экспериментальные исследования зоны действия, силового воздействия на цилиндры и шарниры, проверка новых элементов гидропривода.
Научная новизна. Обосновано применение пространственных трёхстерж-невых механизмов из гидроцилиндров в качестве, основы для создания малогабаритных телескопических гидроманипуляторов с широкими кинематическими возможностями. Кинематический и силовой анализ подобных манипуляцион-ных систем без ведомых звеньев проведен на основе метода координат с преобразованием систем координат. Рациональная схема гидропривода предусматривает независимое управление гидроцилиндрами пространственного механизма, в том числе с задействованием пневмогидроаккумуляторов. Новизну технических решений подтверждают 4 изобретения.
Достоверность разработанных положений, выводов и рекомендаций подтверждена практикой конструирования, решением аналитических задач на ЭВМ, изготовлением и испытанием экспериментального образца гидроманипулятора, а также демонстрацией на промышленно-технической выставке и апробацией на научно-технических конференциях.
Практическая значимость. Осуществлено совершенствование малогабаритных телескопических гидроманипуляторов и электрогидравлической системы управления гидроцилиндрами, в результате чего расширена зона действия, снижены нагрузки на цилиндры, обеспечена плавная - без пиков давления в гидросистеме и динамических перегрузок - работа устройства, доказана возможность выполнения 2...3 рабочих циклов манипулятора в производственном помещении от пневмогидроаккумуляторов — без запуска двигателя. Разработаны практические рекомендации по применению в сельском хозяйстве телескопических манипуляторов на малогабаритной транспортно-энергетической базе.
Реализация работы. Экспериментальный образец гидроманипулятора и оригинальные элементы машиностроительного гидропривода изготовлены и используются в научных исследованиях, а также в учебном процессе в Волгоградской ГСХА, а элементы системы управления — в Волгоградском энергетическом колледже.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены, обсуждены и одобрены на 5-й Региональной конференции молодых исследователей Волгоградской области (2000, второе место и диплом) и научной конференции Волгоградской ГСХА (2001).
В полном объёме диссертация доложена и обсуждена на научном семинаре ВГСХА в 2003 году.
Разработанный автором гидроманипулятор демонстрировался на межрегиональной промышленно-технической выставке " Технофорум - 2000" (Волгоград) и отмечен дипломом. Научно-технические разработки по теме диссертации демонстрировались на региональной выставке "Образование Волгоградской области" (2003) и представлялись на Конкурсы среди молодёжи - отмечены дипломами Национальной системы "Интеграция" (2002), Минэнергетики РФ и системы "Интеграция" (2003).
Публикации. С участием автора по теме диссертации опубликовано 18 работ, из них в центральных журналах - 4; в число опубликованных работ входят 4 изобретения.
Современный технический уровень и тенденции развития малогабаритных грузоподъемных средств сельскохозяйственного назначения
Для механизации погрузочно-разгрузочных, погрузочно-транспортных, технологических, вспомогательных, подсобных и т. п. работ в сельском хозяйстве находят заметное применение малогабаритные грузоподъёмные средства, которые агрегатируются с транспортными самоходными шасси, мини-тракторами, колёсными тракторами класса 0,6...1,4, маломерными грузовыми автомобилями, модульными энергетическими средствами, электроперегрузчиками, электротележками (электрокарами), небольшими прицепами и тракторными тележками. Имеются подъёмные устройства на своей простой ходовой несамоходной базе, а также передвижные, переносные и стационарные устройства. Грузоподъёмность подобных средств механизации от 50 кг до 0,5 и 0,63 т, иногда - 0,8 т.
В условиях сельского хозяйства наибольшее распространение получают подъёмные устройства: 1) в качестве вспомогательного оборудования для ограниченного перемещения грузов, в том числе в производственных помещениях [49,58,153 и др.]; 2) для механизации рассредоточенных работ в сельском строительстве [144,162.168 и др.]; 3) для самозагрузки (разгрузки) малотоннажных грузовых автомобилей [45,58,145,156,167,168 и др.]; 4) в качестве составной части в наборе мини-машин для фермерских хозяйств, в том числе агрегатируемых с одноосным энергетическим средством МЭС-0,6 [44,64,141,161,165 и др.]; 5) то же, но агрегатируемых со специальными МЭС и энергетическими средствами класса 0,9...1,4 [51,52,89-91 и др.]; 6) прочие подъёмные устройства (без определённой специализации), в том числе на тракторах, самоходных шасси, специальных тележках [33,51,57,68, 84,163 и др.]. О востребованности простых и малогабаритных подъёмных устройств свидеельствует, в частности, тот факт, что некоторые из них изготавливаются в кустарных условиях мастерских. Подобные устройства — "самодельные" и созданные в промышленных условиях — навешивают на колёсные тракторы класса 0,6...1,4, самоходные шасси типа Т-16М и на другие подъёмные средства, например, на стогометатель-погрузчик. В наиболее распространённых схемах подъёмных устройств такого типа содержится прямая или телескопическая (с ручным управлением) стрела и гидроцилиндр для её наклона только в вертикальной плоскости [33, 68, 84]. Наибольшая номенклатура простых грузоподъёмных устройств и приспособлений создана для самозагрузки (разгрузки) грузовых автомобилей затаренными грузами и, в частности, крупногабаритными контейнерами. Здесь находят применение подъёмные укреплённые борта, аппарели, П-образные поворотные устройства и многое другое [45, 58, 156]. Но наибольшее распространение получили устройства типа гидравлических кранов с подъёмной или подъёмно-поворотной грузовой стрелой [58, 145, 167]. Сельскохозяйственные штучные, затаренные и пакетированные грузы имеют свою специфику [38,39,83,101,104,105,143,148,149], а технологические операции с некоторыми грузами являются настолько особенными, что применение серийных кранов и погрузчиков становится невыгодным или невозможным. В сельском хозяйстве - в условиях крестьянских хозяйств и малых предприятий - имеются работы монтажно-демонтажного и технологического характера, где требуется применение малогабаритных грузоподъёмных средств. Приведём некоторые примеры, имея в виду грузы массой до 0,8 т и подъёмные устройства соответствующей грузоподъёмности. К числу погрузочно-транспортных и технологических операций, которые должны выполняться грузоподъёмными средствами сельскохозяйственного назначения, можно отнести: работы с такими необычными грузами как узлы и агрегаты сельскохозяйственной техники (монтаж-демонтаж при переоборудовании, навешивание на гидронавеску тракторов, закладка техники на зимнее хранение и т.п.); сельское строительство, в том числе строительство локальных мелиоративных систем, теплиц, летних лагерей, стоянок техники и т.п.; содержание, обслуживание, текущий ремонт и переоборудование мелиоративных систем и производственных помещений, механизация работ внутри животноводческих помещений, складов, ангаров, хранилищ, мастерских, теплиц и т. п.; механизация работ по перегрузке и перевалке контейнеров и ящиков с фруктами, овощами, корнеплодами на ограниченных участках крестьянских и индивидуальных хозяйств. Этот перечень можно продолжить. В своё время подчёркивалась настоятельная необходимость создания и совершенствования агрегатов машинного двора с подъёмным устройством 0,63 или 0,8 т [1, 2, 42]. После разукрупнения хозяйств эта проблема не пропала, а обострилась в сторону снижения габаритов, массы и упрощения подобных агрегатов. В современных условиях, для работы в производственных помещениях, необходимы малогабаритные экологические транспортно-перегрузочные агрегаты с приводом от электросети, электрических и пневмогидравлических аккумуляторов. Полагаем, что приведённых данных достаточно, чтобы судить о том, что в сельском хозяйстве серийные грузоподъёмные средства и тракторные погрузчики не закрывают все ниши с погрузочно-транспортными и технологическими операциями, где требуется применение малогабаритных и простых подъёмных устройств.
В решении этих проблем особое место занимают относительно малогабаритные грузоподъёмные средства, созданные в Волгоградской ГСХА. Среди них оригинальные легконавесные погрузочные гидроманипуляторы с шарнирно -сочленённой стрелой грузоподъёмностью 0,63 и 0,8 т, агрегатируемые с самоходными шасси и колёсными тракторами семейства МТЗ класса до 1,4 включительно. Авторы экспериментальных образцов погрузочных манипуляторов - В.И.Пындак и его продолжатели В.М.Герасун, А.Ф.Рогачёв, В.Л.Строков, а также Ю.Г.Лапынин, Ю.П.Тепляков, А.И.Удовкин, И.А Несмиянов, А.А.Карсаков, А.П.Потёмкин, С.Ю.Юдин, В.А.Хавронина и другие [39,41,53,54,65,67,84,93,96, 99 - 101,106,108,109,128,129,131,143,149,150,157,164,169 и др.]. При разработке погрузочных манипуляторов и их элементов создано огромное количество изобретений, среди них [7,10,13,18,20,22,25,26,29,70,72,77].
Наряду со стреловыми погрузочными гидроманипуляторами создан малогабаритный лёгкий бесстреловой (телескопический) кран-манипулятор на самоходном шасси Т-16М. Авторами этой оригинальной разработки являются В.И. Пындак, ВЛ.Строков, Л.Н.Худяков и другие [93,96,97,99,101,106-109,129,131, 133-135,149,150 и др.]. Этот манипулятор и его разновидности также стали объектами изобретательского творчества [6,9,17,21,23,71].
Основу телескопического крана-манипулятора (гидроманипулятора) составляет пространственный приводной трёхстержневой механизм в виде треугольной пирамиды с гидроцилиндрами в качестве ведущих звеньев (рис. 1.1, а). Механизм содержит три гидроцилиндра, корпуса которых закреплены на основании с помощью шарниров с двумя степенями свободы. Противоположные концы (штоки) всех трёх цилиндров посредством особого шарнирного устройства соединены между собой и с серьгами, несущими крюковую подвеску [90, 96,97,101,109,129,149,150]. Механизм обладает тремя степенями свободы, единственной "ведомой точкой" механизма является точка М, находящаяся на "вершине пирамиды".
Совершенствование конструктивно-кинематических схем малогабаритных телескопических гидроманипуляторов
Конструктивно-кинематические схемы телескопических гидроманипуляторов не имеют аналогов среди грузоподъёмных средств циклического действия (кранового и манипуляторного типа), а также среди грузовых роботов. Благодаря упоминавшимся специальным шарнирным устройствам В.И.Пын-дака и его соавторов (подробней об этом в 2.2), штоки трёх гидроцилиндров соединяются между собой и с грузозахватным органом геометрически в одной точке, образуя пространственный приводной механизм в виде треугольной пирамиды.
Перемещение крюковой подвески или другого грузозахватного органа осуществляется за счёт изменения длины - перемещения штока с поршнем — гидроцилиндров. Дополнительные подвижности манипулятору сообщает разворот в одной или в двух плоскостях основания, на котором смонтированы корпуса цилиндров пространственного приводного механизма.
В кинематическом смысле этот механизм имеет 3 степени свободы (W = 3) — по числу ведущих звеньев - гидроцилиндров. При развороте основания вместе с приводным механизмом манипулятор получает одну или две дополнительные подвижности, т.е. общее число степеней свободы W = 4 или 5. Это предопределяет высокую подвижность и маневренность подобных манипуля-циионных систем и вместе с тем усложняет управление гидроцилиндрами.
В рамках совершенствования конструктивно-кинематических схем телескопических гидроманипуляторов, имея в виду механизм и манипулятор, показанные в главе 1 (рис. 1.1), отметим, что верхний гидроцилиндр "пирамиды" подвергается неблагоприятным силовым воздействиям. Усилие в штоке верхнего цилиндра в 2...3 раза превышает соответствующие усилия в нижних цилиндрах. К тому же верхний цилиндр воспринимает неблагоприятные растягивающие усилия, когда работает меньшая эффективная площадь цилиндра.
Для исключения этого недостатка можно применить гидроцилиндр с большими поперечными размерами, но это нарушит унификацию цилиндров приводного механизма. Другим решением этой задачи является использование двух параллельно действующих, как одно кинематическое звено, гидроцилиндров Г и 1" (рис. 2.1, а). Вершина "пирамиды" М- специальное шарнирное устройство допускает такое совершенствование — штоки верхних цилиндров присоединяются к цапфам М/ и М2 шарнирного узла. Благодаря этому все 4 гидроцилиндра "пирамиды" загружаются примерно одинаково.
Для поворота основания вместе с "пирамидой" в вертикальной плоскости предусмотрен дополнительный гидроцилиндр 4, при этом шарнир О основания представляет разнесённую цилиндрическую опору с одной степенью свободы. В другой модификации телескопического гидроманипулятора (рис. 2.1, 6) "одиночный" гидроцилиндр 1 размещён внизу и воспринимает благоприятные сжимающие усилия. Менее благоприятные нагрузки здесь берут на себя два расположенные вверху под углом друг к другу цилиндры 2 и 3. Вследствие этого "пирамида" оказалась перевёрнутой на 180.
В этой модификации основание также "перевёрнуто" - одна из его вершин О совмещена с шарниром с двумя степенями свободы. Это не обычный шарнир, а малогабаритное опорно-поворотное устройство с вертикальной и горизонтальной осями поворота. При таком техническом решении два дополнительных гидроцилиндра 4 и 5 обеспечивают разворот основания вместе с "пирамидой" как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости (и эти цилиндры расположены под углом друг к другу). В манипуляторе (рис. 2.1,6) унифицированы между собой: все 5 гидроцилиндров; шарниры с двумя степенями свободы крепления корпусов цилиндров на своих основаниях; специальные шарнирные устройства М и Д в которых реализуются соответственно 4 и 3 степени свободы. По принципу действия и конструктивному исполнению к телескопическим гидроманипуляторам примыкает манипулятор комбинированного типа (рис. 2.2) разработки В.И.Пындака и других [70,112] с нашими усовершенствованиями [113]. Здесь из трёх гидроцилиндров два цилиндра 1 и 2 расположены под углом друг к другу и "толкают" телескопическую стрелу 3 (своеобразный гидроцилиндр) сзади в двух плоскостях. Третий цилиндр 4, в сочетании с наклонной поворотной стойкой 5, расширяют зону действия манипулятора в вертикальной плоскости. Манипулятор включает упоминавшееся шарнирное устройство С, в котором реализуются 3 степени свободы, опорно-поворотное устройство О и шарниры В/ и Я? крепления корпусов цилиндров 1 и 2 на неподвижном основании. Это разновидность манипулятора характеризуется повышенной маневренностью, нетрадиционными эволюциями стрелы и расширенной зоной действия. Для сопоставления с нашими разработками и в качестве базы сравнения, на рис. 2.3 представлен гидравлический кран-манипулятор телескопического типа на тракторном самоходном шасси Т-16М (авторы В.И.Пындак, Л.Н.Худяков, В.Л.Строков и другие [9,97,101,106,133-135]). Главные особенности и эксплуатационно-технологические показатели этого манипулятора, выполненного в экспериментальном образце грузоподъёмностью до 0,63 т, 1) высокая маневренность и широкая зона действия за счёт разворота "пирамиды" в вертикальной плоскости и возможности перевозки груза массой до 400 кг на крюке (манипулятор работает без выносных опор); 2) на время подъёмно-транспортных работ передний мост шасси блокируется, что предотвращает поперечный разворот рамы и повышает грузовую устойчивость агрегата.
Особенности методики экспериментальных исследований
Основные задачи экспериментальных исследований описанного малогабаритного телескопического гидроманипулятора сводятся к следующему: 1) проверка работоспособности и устойчивости при функционировании предложенных схемно-конструктивных решений, их корректировка и дополнительная проверка; 2) проверка надёжности в работе и достаточности подвижностей (степеней свободы) специальных шарнирных узлов; 3) проверка эффективности впервые созданного запорно-распределитель-ного устройства как малогабаритного совмещённого гидравлического прибора для управления функциями и скоростью перемещения штока гидроцилиндра; 4) исследование принципов независимого управления параллельно работающими гидроцилиндрами при их задействовании от пневмогидроаккумулято-ров; 5) изучение стабильности работы гидросистемы при совместной работе пневмогидроаккумуляторов и насоса и при автономной работе аккумуляторов; 6) определение целесообразности регулирования зоны действия за счёт изменения расстояния между точками крепления гидроцилиндров на основании; 7) определение основных параметров кинематики и динамики путём измерения углов поворота и давления в гидроцилиндрах; 8) изучение динамичности и стабильности системы в переходных режимах; 9) выработка рекомендаций по дальнейшему совершенствованию схемно-конструктивных решений несущей структуры и элементов гидроуправления. На манипуляторе измеряли давление в полостях гидроцилиндров и углы поворота. Последние параметры измеряли таким образом, чтобы оценить кинематические возможности манипулятора, для этого определяли углы поворота в вертикальной ср и горизонтальной у/ плоскостях нижнего цилиндра, несущего функции условной стрелы переменного вылета, и соответствующие углы 0 и г поворота основания, на котором смонтирован пространственный приводной механизм. Давление в полостях гидроцилиндров характеризуют в основном динамичность системы и, в частности, наличие или отсутствие неустановившихся режимов работы.
Схема установки датчиков на манипуляторе показана на рис. 3.8, где обозначены: 1...6- датчики давления; 7... 10 - датчики углов поворота. Датчики давления установлены в минимальном количестве с учётом того, что боковые цилиндры "пирамиды" и цилиндры поворота основания работают в асимметричном режиме. В качестве датчиков давления использовали датчики МД-180 (220), в работу которых заложен принцип реостатного преобразования - на ползунок реостата действует мембрана, интенсивность воздействия которой прямо пропорциональна давлению в полости гидроцилиндра.
Для измерения углов поворота использовали реостатные преобразователи - проволочные резисторы переменного сопротивления, которые были оттари-рованы нанесением на корпус делений с указанием поворота с точностью 0,5 градуса. На рис.3.9 видны часть датчиков давления и углов поворота, установленных на манипуляторе.
Тарировку датчиков давления проводили известным способом, для чего использовали специальную грузовую установку (рис. 3.10), которая включала консольную стрелу с крюком. При навешивании на крюк груза в гидроцилиндре установки повышалось давление до расчётной величины 8+0 5 МПа (контролировали по манометру). Давление поочерёдно подводили к датчикам, погрешность показаний не превышала 0,2 МПа. Установку использовали также для опрес-совки и проверки на герметичность гидросистемы манипулятора и, в частности, специальных запорно-распределительных устройств (показано на рис. ЗЛО) Тарировка датчиков углов поворота заключалась в нанесении делений (с помощью делительной головки) при развороте соответствующего элемента реостата в одну сторону и проверке полученной шкалы при возвращении этого элемента в исходное положение. Дополнительную проверку датчиков осуществляли электрическими приборами. Погрешность показаний не превышала 0,5.
Существо тарировки датчика давления типа МД-220 в диапазоне давлений 0...8 МПа представлено на рис. 3.11. Из графика следует: каждому приращению давления - с шагом 0,5 МПа — соответствует определённое сопротивление электрической цепи (в кОм) с точностью, позволяющей провести прямую линию, которая указывает на прямую пропорциональность между этими величинами.
Эксперименты с манипулятором проводили с грузами на крюке 100 и 200 кг; первоначальное функционирование и отладку системы осуществляли без внешней нагрузки. Представленные ниже результаты относятся к грузу 100 кг; при грузе 200 кг начали возникать проблемы с грузовой устойчивостью манипулятора, что, однако, не влияло на работоспособность системы. При грузе 100 кг расчётное рабочее давление в гидросистеме составляло 8 МПа; для этих условий давление зарядки пневмогидроаккумуляторов также составляло 8 МПа при давлении предварительной зарядки аккумуляторов азотом 5 МПа. Электроконтактный манометр был настроен на ограничение максимального давления 8 0 5 МПа (при грузе 200 кг- 10,5+0 5 МПа; непропорциональное повышение давления объясняется первоначальным сопротивлением в гидросистеме).
Некоторые перспективные манипуляционные системы и технологии в сельском хозяйстве
На базе телескопических пространственных приводных механизмов возможно создание ряда перспективных манипуляционных систем - гидроманипуляторов и кранов-манипуляторов на различной транспортно-энергетическои базе. Для примера покажем два новых, предложенных нами и ранее не публиковавшихся, агрегата, предназначенных для работы в сельском хозяйстве.
Большегрузный телескопический кран-манипулятор (рис.4.1) размещается на короткобазном специальном автомобильном шасси, например на основе грузового автомобиля семейства КамАЗ. Пространственный приводной механизм формируется на базе длинноходовых телескопических (трёхступенчатых) гидроцилиндров. Учитывая уникальный характер манипуляционной системы, здесь не предусматривается унификация гидроцилиндров. Поэтому "одиночным" цилиндром является верхний с повышенными поперечными размерами, благодаря чему видоизменяются траектории движения "вершины пирамиды" и упрощается алгоритм управления гидроцилиндрами.
Приводной механизм компонуется на поворотном в вертикальной плоскости основании, для чего задействуются ещё два параллельных гидроцилиндра. Расстояние между точками крепления боковых цилиндров приводного механизма изменяется посредством дополнительных поперечных гидроцилиндров. По мере увеличения вылета "стрелы" возрастает основание "пирамиды", и угол ц/ горизонтального разворота "стрелы" остаётся примерно одинаковым (по расчётам ±70), при этом стабилизируется жёсткость пространственной структуры. Поперечные гидроцилиндры могут сработать несинхронно, и приводной механизм становится несимметричным — происходит регулирование зоны действия.
В гидросистеме крана-манипулятора предусмотрены мощные пневмо-гидроаккумуляторы и специальная гидроаппаратура, обеспечивающие плавные пуск, перемещение и торможение штоков цилиндров, регулирование скорости, "сглаживание" пиков давления при срабатывании очередной ступени гидроцилиндра. Агрегат снабжён выносными опорами. В транспортном положении "пирамида сжимается" до минимума.
Ещё одно неожиданное применение пространственного телескопического грузоподъёмного устройства — навешивание (вместо вилочного подхвата) на вилочный электропогрузчик (рис.4.2) или автопогрузчик. Серийный погрузчик с "вилами" приспособлен в основном для работы с контейнерами, при этом требуется соответствующее маневрирование ходовой базой и возникает сложность при загрузке (разгрузке) кузовов и платформ. В предлагаемой разработке агрегат совмещает функции погрузчика и крана-манипулятора. Его зона действия достаточно широкая - подъём крюка средствами погрузчика на высоту до 3,5 м, маневрирование гидроцилиндрами пространственной структуры и работа в качестве своеобразного крана.
В транспортном положении "пирамида вырождается" работой дополнительного (четвёртого) гидроцилиндра, который раздвигает точки крепления цилиндров пространственной структуры, и габариты агрегата уменьшаются. Грузоподъёмность подобного агрегата зависит от мощности и грузоподъёмности базовой машины - электропогрузчика или автопогрузчика - и может составлять 0,8...2,5 т. Электропогрузчик, как известно, работает от электрических аккумуляторных батарей, поэтому и этот агрегат относится к числу экологических и может работать в производственных помещениях.
В качестве примера перспективных технологий в сельском хозяйстве с использованием телескопических манипуляционных систем отметим возможность механизации работ сбора, ограниченной транспортировки и погрузки на транспортное средство овощей, например огурцов, выращиваемых в теплицах (в специализированных хозяйствах). В период плодоношения ежедневный сбор огурцов из одной секции может составлять 100...200 кг. В это время в теплицу затруднён въезд серийного перегрузочно-транспортного средства, которое, к тому же, должно быть экологически чистым. Поэтому приходится заполнять маломерные (вместимостью до 10 кг) поддоны, вручную выносить их за пределы теплицы и загружать в транспортное средство.
Механизировать этот неординарный технологический процесс поможет наш экспериментальный малогабаритный телескопический гидроманипулятор (рис.4.3). Манипулятор можно вкатить в узкий проход теплицы, к крюку манипулятора подвесить небольшой контейнер (полимерный ящик) с расчётной вместимостью 50 кг овощей; допустимо применение контейнеров вместимостью 100 кг. При такой загрузке манипулятор может работать без выносных опор. Сбор урожая, его транспортировку и погрузку на транспортное средство с помощью манипулятора может осуществить один рабочий. Варианты использования предлагаемого экологического гидроманипулятора показаны на рис.4.3, при этом следует иметь в виду, что как минимум 2 грузовых цикла манипулятор способен реализовать без подключения к электросети.
