Введение к работе
Актуальность проблемы. В связи с обострением ситуации со снаОжа-Диеії" Населения нишей страны продовольственными товарами советы всех Уйдсной разрабатывают и осуществляют программы, направленные на возрождение деревни и ускоренное наращивание выпуска продукции с.-х. производства. В числе первоочередных мер предусматривается: перевод всего агропромышленного комплекса на современные индустриальные технологии, приоритетное развитие инфраструктуры на селе и перерабатывающих предприятий, переход на различные формы собственности, формирование и становление малых предприятий, арендных и крестьянских (фермерских) хозяйств.
Эти преобразования приводят к росту грузопотока и объема транспортных, погрузочно-разгрузочных, а такхе технологических, ремонтных, вспомогательных, подсобных и т.п. работ с проведением подъемных операций, объем которых ухе достигает 40 J5 в стоимости с.-х. продукции. В связи с этим з сельском хозяйстве возрастает потребность в грузоподъемных средствах различного назначения, в том числе для малой механизации, а такяв з устройствах для оослуживания и содержани.. с.-х. техники, строительных и ирригационных объектов.
Серийные автомобильные краны и универсальные погрузчики на тракторах не в полной мере обеспечивают эффективное проведение погрузочно-транспортных работ с с.-х. грузами, особенно с единичными рассредоточенными грузами, при ограниченном грузопотоке и механизации работ в мелких хозяйствах, при работе в стесненных условиях, при уборке, доставко и хранении картофеля, фруктов и овощей, при работе с минеральными удобрениями, при эксплуатации и ремонте в хозяйствах с.-х. техники, сельском строительстве, содержании маломерных рассредоточенных строительных объектов и внутрихозяйственных ирригационных систем.
Эти обстоятельства ставят задачу обоснования и создания сравнительно простых, малогабаритных, легких и недорогих грузоподъегчых средств с широкой унификацией и, прежде всего, легконавесных средств механизации, агрегатируемых с с.-х. тракторами и самоходными шасси.
Для решения этой актуальной проблемы нами предложено семейство грузоподъемных средств с пространственными кинематическими структурами, обоснованию, принципам создания, исследованию и теоретическому обобщению которых и посвящена настоящая работа.
Цель исследования. Разработать принципы создания грузоподъемных средств на базе пространственных механизмов и гидропневмопривода,
предложить и обосновать семейство мобильных грузоподъемных средств
для работы в сельском хозяйстве. . — -
Задачи исследования. Обобщить принципы создания и основы конструирование, принципы к методы кинематического, силового л динамического исследования гидрофицированных грузоподъемных устройств на базе специфических пространственных механизмов в виде треугольной пирамиды. Провести экспериментальные исследования и проверить новые технические решения базовых механизмов, гидропневмопривода и мобильных грузоподъеу.чх средств на их основе, отработать вопросы агрегатирования навесных погрузочных манипуляторов с с.-х.тракторами и самоходными шасси. Обосновать применение и условия функционирования грузоподъемных средств для.различных производственных процессов в сельском хозяйстве, решить вопросы практического внедрения в народное хозяйство.
Объекты и предмет исследования. Пространственные механизмы в виде треугольной пирамиды с гидроцилиндрам» в качестве Еедущих звеньев, их шарнирные соединеаия и гидропневь: привод; грузоподъемные средства на базе пространственных механизмов, погрузочные манипуляторы, агре-гатируемые сс._х# тракторами и самоходными шассиу их работа в сельском хозяйстве; названные устройства как объекты изоврр^ательского творчества, теоретических и экспериментальных исследований. Теоретические исследования проведены на математически моделях, описыве.ющих па; метры кинематики и нагрукенность звеньев; экспериментальные исследования проведены на базовых механизмах, элементах гидропневмопривода и реальных погрузочных манипуляторах.
Научная новизна. Осуществлено обоснование и разработаны основы теории, принципы создания и оптимизации перспективных грузоподъемных средстч манипуляторного типа для работы в сельском хозяйстве, для чего в земледельческую механику вовлечена группа пространственных механизмов в виде треугольной пирамиды с гидропневмоприводом ведущих звеньев.
основы проектирования шарнирных соединений и оптимальные конструктивно-кинематические схемы базовых пространственных механизмов для обеспечения их стабильной р' боты;
системы незав; имого управления гидроцилиндрами базовых механизмов;
принципы конструирования, снижения удельной материалоемкости и агрегатирования грузоподъемных средств и погрузочных манипуляторов на базе пространственных механизмов;
аналитические методы кинематического и силового анализа и оптимизации параметров, условия существования и устойчивой работы ба-
зовых механизмов;
метод аналитического исследования подвижных стержневых систем, «званный методом координат, эффективные алгоритмы кинрматических р«с-іетов погрузочных манипуляторов о пространственными и плои.ими структурами;
зоны действия систем манипу іторного '.ипа и их структури-я интерпретация;
нагруженность трехстержневых пространственных структур и грузо-юдъемных устройств на их основе;
обобщенные математически модели гидрофі:цированних погрузо"чых іанипуляторов со многими степенями свободы, частным случаем которых івлявтся с.-х.погрузочные агрегаты с традицион' іми схь..ами привода;
аналитической исследование переходных процессов в погрузочных :анипуляторах с плоскими и пространственными исполнительными ме .низами и с числом степеней свободы до б.
Новизна и отечественный приоритет технических решений защищены вторскими свидетельствами на изобретения.
Достоверность разработанных положений, выводов я рекомендаций одтверждены решением на ЭВМ аналитических задач, справками, актами и ротоколами испытаний и опытно-промышленного внедрения, опытом проек-ирования, изготовления и широкой апробацией в хозяйствах Волгоградс-ой и других областей, а также апробацией на научных и научно-техничес-их конференциях {" зного уровня, демг істрацией образцов и тонических атериалов на выставках и сттрах.
Практическая значимость. Предложено и обосновано новое направлене в механизации погрузоч .о-транспортных, технологических и подсобах работ в сельском хозяйстве путем разработки и внедрения перапвк-лвных гидрофицированных грузоподъемных средств периодического дейст-*я, отличающихся простотой конструкций, повышенной жест: стью струк-(ры, низкой удельной материалоемкостью и высокой степенью унификации іосновано применение и разработаны принципы создания семейства грузо-здъемных средств и транспортно-технологических звеньев для работы в їльском хозяйстве. Решены проблемы агрегатирования с с.-х.тракторами самоходными шасси и крепления погрузочных манипуляторов непосредст-!Нно на гидронавесное устройство трактороь как обычных с.-хорудий, юдложены схемные и технические решения, разработаны методы оасчетз оптимизации базовых механизмов и грузоподъемных устройств, кочорые шлются основой для проектирования конкретных типов грузоподъемных едств и погрузочных манипуляторов. Новые средства механизации спо-
собствуют сокращению ручного труда, сникению себестоимости подъемно-транспортных и технологических работ с.-х. производства, экономии материалов и топливно-энергетических ресурсов.
Роачизация работ». От предприятий и организаций получены запросы о высылке технической документации и о возможности оформления заказа ни новые машины. Изобретения и разработки автора использованы в виде опытных, экспериментальных и серийных образцов, в их числе: пневмогид-роаккумуляторы, пневмоприводные насосы, лебедки, грузоподъемные траверсы, гидропневмоцилнндры, пневмогидравлические испытательные установки, стондово-испытательное оборудование. Навесной погрузочный манипулятор ЇШМ-ОЙ (НПМ-08М) грузоподъемностью 8 кН, агрегатируемый с колесными и гусеничными с -х. тракторами, в установленном порядке прошел приемочные испытания и рекомендован к серийному производству. Опытно-промышленные партии манипуляторов изготовлены на заводе Главкуйбышев-водстроя, ПО ВгТЗ и НПО "Комплекс" (г,Волгоград). Манипулятор изготовлен так*е на предприятии Алтайского крайагропрома. Производство манипуляторов НПМ-08М освоено на заводе Волгоградского облагропрома.Манипуляторы этого типа используются в рядовой эксплуатации в хозяйствах Волгоградской и других областей. Изготовлены и внедрені.! в хозяйствах Волгоградской области: мощный погрузочный манипулятор, агрегатируемый с тракторами "Кировец"; бесстреловый (телескопический) кран-манипулятор ГіІШ-05, навесной погрузочный манипулятор Ы1М-06 и манипулятор НПМ-С6К для агрегата машинного двора на самоходном" шасси T-I6M. Волгоградскому облагропрому передана документация на кран-манипулятор на автомобильном полуприцепе.
Проектирование, расчет и научно-методические разработки автора по новым грузоподъемным средствам и гидропневмоприведу внедрены в учеб' ный процесс в Волгоградском СХИ; для этих целей по материалам диссертации подготовлено *» учебно-методических,пособия. Саратовскому ИМСХ переданы чертежи погрузочных манипуляторов, которые включены в атлас конструкций: Подъомно-транстпортные машины в сельском хозяйстве/ Под ред. В.Ф.Дубинина.-2-е изд., перераб. и доп.-М.:!'(;: построение, 199,0. -Листы 47-51.
Апробация работы. Основные результаты ди.ссертц::'.::с..ц;сй 3.бр?ы .об-оуэдались на Всесоюзных научно-технических конференциях: по современным проблемам земледельческой механики СМ., 1978; Волгоград,1990), комплексной механизации погрузочно-разгрузочных работ в сельском хозяйстве (Махачкала,1979), нефтепромысловому оборудог-'шкы (Баку,1983); Всесоюзном научно-техническом совещании по ав "эматпгацш; производственных процессов в растениеводстве (Каунас, 1902); ?* ординационнсн 'і
совете по проблеме транспорта в сельском хозяйстве (Воронеж, 1933); выездной сессии НТС Института машиноведения АН СССР (Волгоград,1978); научних конференциях: по перспективам развития ПТМ (Свердловск,1979), по работам и манипуляторам на погрузочно-разгрузочішх работах (Ильи-човск, 1985); научном семинаре гіо ПТМ (М., МГТУ, 1985); научних конференциях: Волгоградского СХИ (1975...1991); БНИПТИМЗСХ (Зерноград, 1979), ШШСП (1973, 1984), ВгПИ, ВгИСй; технических совещаниях, выставках и семинарах при Волгоградском облагропромо и Глазволговодстрое. В полном объеме диссертация рассмотрена на научном семинаре по механизации сельского хозяйства (ВСХИ.І99І) и на секции НТС НПО ВИСХОМ (1991).
Погрузочные манипуляторы, описанные з диссертации, демонстрировались на ВДНХ СССР в 1978, 1979, 1982 годах и удостоены медилей;ма-нипуляторц экспонировались на Лейпцигской мегчународной ярмарке в 1903 году и .отмечены свидетельством участника. Изобретения и разработки автора представлялись на Всесоюзный и областные смотры-конкурсы и отмечены дипломами.
Научно-исследовательские работы и публикации. Диссертация базируется на научно-исследовательских работах по 0 темам государственной регистрации. Часть исследовании выполнена по научно-техническим программам и заданиям, утвержденным Министерством сельского хозяйства СССР (задание О.сх.104, теми 02.04.) и Волгоградским облагропромом. По теме диссертации автором опубликовано 162 работы (без соавторов 28 рабої-), в том числе 03 изобретения.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложения (отдельная книга). Основной текст (без приложения) содержит 270 стр. машинописного текста, 132 рисунка, 16 таблиц, список литературы, вклячающий 331 наименование, всего 429 стр. В прнлохенневынесены программа машш. ного реаення, расчет экономического эффекта, акты внедрения, протоколы испытаний, справки и т.д.
