2328

Рис. 10.3

Из графиков видно, что первая амплитуда ускорения а уменьшается при увеличении массы практически обратно пропорционально изменению приведенной массы.

При этом переходный процесс изменения скорости поршня не зависит от изменения приведенной массы в заданном диапазоне.

Частота колебаний ускорений поршня при минимальной приведенной массе составляет для погрузчика ПК-75

где Т – период колебаний ускорения, Т=0,665 с.

Для максимальной приведенной массы частота колебаний ускорения поршня составляет

Таким образом, при увеличении приведенной массы mпр

погрузчика ПК-75 в 1,82 раза период колебаний Т увеличивается в 1,35 раза, соответственно уменьшается частота колебаний . Абсолютное время tp регулирования переходных процессов для

погрузчика ПК-75 составляет tp =1,0 с при mпр =1313000 кг; и

tp =1,25 с при mпр = =2400000 кг. Разгон громадной приведенной

массы рабочего оборудования тяжелого погрузчика ПК-75 нельзя осуществить за десятые доли секунды, как это происходит у погрузчиков малой и средней грузоподъемности. Поэтому путем плавного включения золотника происходит разгон рабочего оборудования тяжелых погрузчиков при малых величинах ускорений поршня при достаточно больших значениях времени.

10.3. Конструкции позиционных и следящих систем управления гидромеханизмами фронтальных погрузчиков

Управление рабочим оборудованием погрузчика при копании грунта и черпании материала требует от оператора высокого

физического напряжения в связи с необходимостью выполнения различных операций по управлению машиной.

Точность управления рабочими органами машин при копании грунта относительно невелика, т.к. визуальное наблюдение за положением рабочего органа обычно затруднено. Стремление к получению удовлетворительной точности управления накладывает ограничение на величину скорости вертикального перемещения рабочего органа. В обычной системе управления затрудняется регулирование скорости движения рабочего органа при копании грунта. Отмеченные недостатки можно значительно уменьшить применением следящих приводов управления.

Главным конструктивным признаком следящей системы является наличие обратной связи между механизмами перемещения рабочего органа и рукояткой управления. Несмотря на большое число исследований по следящим приводам, выполненных в общем машиностроении, их результаты не всегда применимы к следящим приводам рабочего оборудования погрузчика. Применение следящих систем для управления рабочими органами машин представляет собой самостоятельную научную и техническую проблему. На фронтальных погрузчиках часто применяют устройства, обеспечивающие позиционирование положения стрелы на регулируемой высоте разгрузки ковша в транспорт. Позиционирование может быть полезно при транспортировании загруженного ковша, а также при копании и черпании.

Важными операциями рабочего процесса фронтального погрузчика являются подъем рабочего оборудования с груженым ковшом и опускание порожнего ковша.

Заключительным этапом процессов подъема и опускания является торможение рабочего оборудования в верхнем и нижнем положениях, от характера которого зависит нагруженность элементов рабочего оборудования и гидропривода. Торможение рабочего органа в верхнем положении при обычном управлении осуществляется упором поршня в крышку гидроцилиндра или перекрытием проходных окон золотника.

Как показали исследования фронтальных погрузчиков, в реальных условиях при упоре поршня в крышку гидроцилиндра резко повышается давление рабочей жидкости до срабатывания предохранительного клапана и возникают колебания машины,

возбуждаемые инерционным воздействием рабочего оборудования. Независимо от веса груза в ковше в конце подъема возникает максимальное давление рабочей жидкости, приводящее к нежелательным перегрузкам гидросистемы. При ручном управлении оператор не способен одновременно сочетать требования высокой точности управления и плавности торможения, т.к. эти условия оказываются противоречивыми.

На рис. 10.4 показана система позиционирования рабочего оборудования фронтального погрузчика, позволяющая производить плавное торможение и точные остановки рабочего оборудования в нижнем и верхнем положениях по а. с. № 372167, разработанному В.Н. Тарасовым и С.В. Абрамовым.

Рис. 10.4

Такую систему управления можно условно назвать позиционной системой в отличие от следящей, обеспечивающей позиционность на всем диапазоне перемещения стрелы. Данная система может применяться на машинах без изменения существующих гидросистем рабочего оборудования.

При перемещении рычага управления 10 вправо до нижнего упора 9 золотник перемещается вниз и полностью открывает окна распределителя 11. Рабочая жидкость от насоса поступает в поршневые полости гидроцилиндров подъема стрелы, а из штоковых полостей сливается в бак. С этого момента начинается подъем стрелы. При достижении необходимой высоты стрелы палец 3, закрепленный на стреле, подходит к концу прорези и, преодолевая усилие пружины 7, начинает поворачивать полудиск 4 в направлении часовой стрелки.

При помощи тяги 5 поворачивается коленчатый рычаг 8 и перемещается вверх левый конец рычага 10 относительно нижней опоры 9, перекрывающий перепускные окна золотника распределителя. При полном перекрытии окон распределителя движение стрелы прекращается. Таким образом, включение данной системы осуществляется вручную, а выключение происходит автоматически при помощи жесткой обратной связи.

На рис. 10.5 показан пример конструкции следящей системы управления по а. с. № 294914.

Рис. 10.5

Для подъема стрелы в заданное верхнее положение необходимо установить рукоятку 9 в положение В.

При этом сектор рукояти повернется и переместит вниз корпус 8, а в результате деформирования пружин 6, 7 при помощи стержня 5 переместит до упора вниз золотник распределителя, выполнив полное открытие проходных окон золотника.

Рабочая жидкость от насоса начинает поступать в поршневые полости силовых гидроцилиндров, в результате чего стрела поднимается вверх. При подъеме стрелы кронштейн 2 и шток 4 обеспечивают подъем корпуса распределителя вверх, однако

предварительно сжатые пружины 6, 7 обеспечивают прижатие нижнего торца золотника к корпусу распределителя и сохраняют открытыми окна золотника распределителя. При дальнейшем опускании корпуса золотник приходит в неподвижное состояние, а корпус продолжает опускаться, обеспечивая перекрытие проходных окон золотника. Следящий привод обеспечивает точное перемещение стрелы в заданное положение. Аналогично механизм работает при отслеживании положений рабочего оборудования внизу в любом промежуточном положении.

Следящая система управления рабочим оборудованием по а. с. №424950 работает следующим образом (рис. 10.6).

Рис. 10.6

Следящая система имеет гидравлическую жесткую обратную связь, выполненную при помощи гидроцилиндров 19 и 16.

Суммирующий механизм состоит из двух реек 13 и 15 и шестерни 14, ось которой соединена с пружиной 9 и качающимся рычагом 8, на котором закреплен подвижный электрический контакт 6. Левая рейка 15 при помощи механизмов обратной связи соединена с механизмами вертикального перемещения рабочего оборудования. Правая рейка 13 соединена с рукоятью управления 10. При помощи электромагнитов 2 и 3 обеспечивается возвратно-поступательное перемещение золотника 1. При отпущенной рукоятке управления 10 пружина 9, имеющая предварительный натяг, устанавливает подвижный контакт 6 между неподвижными контактами 5, 7. В этом случае катушки электромагнитов обесточены и золотник 1 находится

в запертом положении, обеспечивая проточную разгрузку насоса. Для подъема рабочего оборудования рукоять управления 10 перемещается вверх. В этот момент рейка 15 неподвижна, т. к. соединенные с ней механизмы обратной связи и рабочее оборудование не перемещаются. Поворотом рукояти управления 10 рейка 13 приводится в движение и перемещает вниз шестерню 14, которая, обкатываясь по неподвижной шестерне 15, осуществляет при помощи рычага 8 замыкание контактов 6 и 7. Катушка 3 получает питание и осуществляет включение золотника 1 вверх. Начинается подъем рабочего оборудования и происходит воздействие механизмов обратной связи через рейку 15, шестерню 14 на рычаг 8 и подвижный контакт 6. В момент прекращения движения рукояти рейка 13 останавливается, а рейка 15 продолжает движение в противоположном направлении, при помощи обратной связи перемещает вверх шестерню 14, размыкает контакты 6, 7 и обесточивает катушку 3. Положение рабочего оборудования по высоте определяется по шкале указателя 11. Аналогично система работает при опускании рабочего оборудования.

Следящие системы управления подобного типа при использовании на погрузчиках не требуют изменения существующих гидросистем рабочего оборудования. Точность управления значительно увеличивается, появляется возможность при копании грунта и черпании материала осуществлять плавное выглубление рабочего органа в соответствии с тяговыми возможностями погрузчика.

10.4. Частотные характеристики и устойчивость поршневых

исполнительных гидромеханизмов рабочего оборудования

фронтальных погрузчиков

Частотные характеристики позволяют выявить динамические свойства исследуемого объекта и установить характер переходных процессов, вызванных входными воздействиями. Частотные характеристики механизма рассмотрим по перемещению штока s гидромеханизма стрелы погрузчика.

Передаточную функцию гидромеханизма по перемещению штока можно получить из уравнения (9.37)

Из полученного выражения видно, что реальный поршневой гидромеханизм рабочего оборудования погрузчика представляет собой последовательное соединение идеального интегрирующего и колебательного звеньев. Из выражения (10.10) можно получить выражение амплитудно-фазовой характеристики

Амплитудно-частотная характеристика обычно дополняется фазочастотной характеристикой

При частоте изменения входной координаты гидромеханизма, стремящейся к нулю 0, амплитуда изменения выходной координаты стремится к бесконечности As ( ) . Рассмотренное явление свойственно интегрирующим звеньям системы управления.

Уравнение движения поршневого гидромеханизма, охваченного обратной связью, имеет вид

где Ko.c – коэффициент обратной связи.

Выполнив преобразование Лапласа при нулевых начальных условиях для поршневого гидромеханизма с обратной связью, определим передаточную функцию по перемещению штока:

В результате преобразований выражения (10.16) получим аналитическое выражение амплитудно-фазовой характеристики гидромеханизма по перемещению штока:

Из выражений (10.17) и (10.18) частотных характеристик гидромеханизма с обратной связью можно получить выражения (10.11) и (10.12) частотных характеристик гидромеханизма без обратной связи, принимая Ko.c=0. Логарифмическую амплитудночастотную характеристику гидромеханизма можно получить из выражения (10.18)

Фазочастотная характеристика гидромеханизма с обратной связью имеет вид

На рис. 10.7 построены частотные характеристики гидромеханизма погрузчика при разных значениях коэффициента обратной связи: 1 – Ko.c=0,1; 2 – Ko.c=0,3; 3 – Ko.c=0,45.

Рис. 10.7

Поршневой гидромеханизм с обратной связью не является типовым динамическим звеном, а наряду с апериодическими свойствами обладает и некоторыми свойствами колебательного звена. Причем при увеличении коэффициента обратной связи колебательные свойства гидромеханизма увеличиваются. Частотные характеристики показывают, что амплитуда перемещения штока имеет максимальное значение при 0 и стремится к бесконечности As ( ) при Ko.c 0. Поршневой

гидромеханизм с обратной связью имеет определенные значения амплитуды выходной координаты, соответствующие входным перемещениям золотника.

10.5.Методика расчета давлений в гидроцилиндрах стрелы

иоценка эффективности снижения давлений энергосберегающим гидроприводом

Нагруженность гидромеханизма стрелы фронтального погрузчика имеет три основные составляющие:

– статическое нагружение силами тяжести элементов рабочего оборудования и силой тяжести груза в ковше;