Гидроманипуляторы и лесное технологическое оборудование Бартенев

121

струкции и гидропривода;

-податливость рабочей жидкости и элементов гидропривода не оказы-

вает влияние на оптимальные значения кинематических параметров механизма привода рукояти.

Коэффициент динамичности зависит от продолжительности переходного

процесса, изменения интенсивности и величины подачи рабочей жидкости, наличия предохранительных устройств.

Результаты решения задачи при движении рукояти с грузом с отвесного (вертикального) положения при КР 10 5 /(7,28Р 106) приведены на рис. 3.25.

Необходимо отметить, что при уменьшении подачи рабочей жидкости давление в ГЦ привода рукояти заметно снижается. Значительные колебания давления имеют место только в ходе переходного процесса. Сколько-нибудь

значительных колебаний скорости движения штока и угловой скорость рукояти

не наблюдается.

Значительные пики давлений в переходных режимах (рис. 3.25 д, е) объясняются отсутствием предохранительных устройств, дросселей в магистрали поршневой полости ГЦ. Значительные пики давлений можно объяснить также

тем, что при определении коэффициента податливости не учитывалась дефор-

мация жидкости в гидроцилиндре и подводящей магистрали.

Систему дифференциальных уравнений подачи (слива) рабочей жидкости в штоковую (поршневую) полость и вращения рукояти запишем в виде:

122

Рис. 3.25. Расчетные зависимости:

а) и б) – скорости штока ГЦ привода рукояти при QН =10-3 м3/с и

QН =0,6 10-3 м3/с соответственно;

в) и г) – угловой скорости поворота рукояти при QН =10-3 м3/с и

QН =0,6 10-3 м3/с соответственно;

д) и е) – давления в поршневой полости ГЦ привода рукояти при QН =10-3 м3/с и QН =0,6 10-3 м3/с соответственно

где Q1 – объем рабочей жидкости, вытесняемой из поршневой полости или подаваемой в нее в единицу времени, м3/с;

Q2 – объем рабочей жидкости, подаваемой в штоковую полость или вытесняемой из нее в единицу времени, м3/с;

123

ау – коэффициент внутренних утечек гидроцилиндра, м3/Па с; Р1, Р2 – давление в поршневой и штоковой полостях гидроцилиндра соответственно, м3/с;

КР1 , КР2 – коэффициент податливости рабочей жидкости в магистралях поршневой и штоковой полости соответственно, м3/Па.

Знак "+" относится к случаю подачи рабочей жидкости в штоковую полость, а знак "-" – к случаю подачи рабочей жидкости в поршневую полость.

При подаче рабочей жидкости в штоковую полость и установке дросселей с обратными клапанами в напорной и сливной магистралях рабочая жидкость, подаваемая насосом

QH=Q2+QK,

где QK – расход рабочей жидкости через предохранительный клапан, м3/с.

Расход рабочей жидкости из поршневой полости

где dO1 – диаметр отверстия дросселя, м;

Рс – давление на сливе, Па;

– плотность рабочей жидкости, м3/с.

При подаче рабочей жидкости в поршневую полость

QH=Q1+QK

где dO2 – диаметр отверстия дросселя ив магистрали штоковой полости, м.

где lц – текущее расстояние от задней крышки до поршня гидроцилиндра, м; S – ход поршня гидроцилиндра, м;

Е – модуль упругости, Па.

Для минеральных масел Е=2220 МПа. В период переходного процесса

Еа=1,5 Е. Систему дифференциальных уравнений (3.37) решаем методом Эйлера. Результаты решения представлены на рис. 3.26.

Как видно, пиковые значения давления снизились в несколько раз. Система (3.37) является более точной математической моделью механиз-

ма привода рукояти.

Рис. 3.26. Расчетные зависимости (манипулятор ЛВ-185-07): а) и б) давления в

штоковой полости ГЦ рукояти при начальных углах поджима 0 и -30 соответственно при отсутствии дросселя, ограничивающего расход рабочей жидкости из поршневой полости ГЦ рукояти; в) и г) давления в штоковой полости ГЦ

рукояти при начальных углах поджима 0 и -30 соответственно при наличии дросселя диаметром 4мм, ограничивающего расход рабочей жидкости из поршневой полости ГЦ рукояти

125

3.6. Влияние податливости рабочей жидкости и внутренних перетечек на динамическую нагруженность винтового ротатора

При разгоне и торможении пачки сортимента на динамическую нагру-

женность ротатора и металлоконструкции манипулятора значительно влияет

сжимаемость и утечки рабочей жидкости.

Мгновенное значение скорости перемещения поршня ротатора можно определить, разделив левую и правую части выражения (2.81) на dt.

Пренебрегая подпором рабочей жидкости на сливе и массой груза момент

движущих сил, развиваемый ротатором, определяем из выражения (2.72), с уче-

том (2.76)

Систему дифференциальных уравнений расхода рабочей жидкости, пода-

ваемой в напорную полость, и вращения ротатора (рис. 2.24) можно записать в виде:

126

где Pn – давление подпора, Па; Эффективная площадь поршня:

а) при выдвижении винта

где dn, dш – диаметры поршня и штока ротора, соответственно.

Давление подпора Pn определяем из уравнения:

где – коэффициент расхода дроссельного отверстия; w – площадь сечения дроссельного отверстия, м2;– плотность рабочей жидкости, кг/м3;

Qc – объем рабочей жидкости, вытесняемый из полости ротатора в еди-

ницу времени, м3/с.

Вслучае вращения ротатора без торможения двумя последними слагаемыми в уравнение для определения подпора Pn можно пренебречь, что значи-

тельно упрощает задачу.

Входе решения системы (3.44) принимаем, что в период переходного

процесса подача рабочей жидкости изменяется по линейному закону, т.е.

Q QH ttn ,

где QH – номинальная подача рабочей жидкости насосом, м3/с; tn – время переходного процесса, с.

127

При t tn Q QН .

Во втором уравнении системы (3.44) слагаемое mg имеет знак «+» при выдвижении винта и знак «–» при втягивании.

Начальное давление в напорной полости ротатора принимаем равным Р0=13 МПа. Если начальное давление в напорной полости принять равным ну-

лю, т.е. Р0=0, то пик давления в начале движения ротатора увеличиться почти в

два раза.

При решении системы (3.44) моделируется действие предохранительного клапана, настроенного на давление 25 МПа.

Систему уравнений (3.44) решаем методом Эйлера для случая вращения ротатора и торможения путем перекрытия напорной и сливной магистрали.

Давление в напорной полости ротатора при движении штока вверх имеет кратковременный пик при расчетных зависимостях: ау = 2 10-12 м3/(с Па); tn=1c; Q=1,33 10-3 м3/с; КР=10-5/(7,28Р+106); диаметр сливного отверстия dо=1,5 10-3м

(рис. 3.27а). При закрытии органа управления кинетическая энергия вращения

пачки сортимента и подвижных частей ротатора и захвата переходит в упругую деформацию рабочей жидкости и элементов ротатора, захвата и подвески. При перекрытии в течение 0,5 секунд напорной и сливной магистрали через 3 секунды после начала движения в сливной полости возникает пик давления до 20

МПа (рис. 3.27б).

При уменьшении подачи рабочей жидкости в 10 раз (до Q=0,133 10-3 м3/с) пик давления в напорной полости снижается в 3 раза, меняется также характер

изменения давления (рис. 3.27в). При движении штока вниз характер изменения давления меняется незначительно (рис. 3.27г).

При подаче Q=1,33 10-3 м3/с и увеличении коэффициента утечек до ау=8 10-12 м3/(с Па) в случае Р>27 МПа пик давления уменьшается до 3-х раз

(рис. 3.27д) по сравнению со случаем ау = 2 10-12 м3/(с Па), но характер изменения давления отличается от случая Q=0,133 10-3 м3/с. Характер

128

Рис. 3.27. Расчетные зависимости:

а) изменение давления в напорной полости ротатора; б) изменение давления в сливной полости ротатора при прекращении вращения;

в) изменение давления в напорной полости ротатора при Q=0,133 10-3м3/с; г) изменение давления в напорной полости при движении поршня вниз;

д) давление в напорной полости при ау=8 10-12м3/Па с;

е) давление в напорной полости при Q = 0,133 10-3 м3/с, и при увеличении утечек до ау=8 10-12 м3/(с Па), прекращение подачи рабочей жидкости через 3с после начала движения