Гидроманипуляторы и лесное технологическое оборудование Бартенев

131

где Pш – давление в магистрали подвода рабочей жидкости, Па. Коэффициенты податливости определяем с учетом объема деформируе-

мой жидкости по формулам:

где l1, l2 – расстояние отпоршнядоверхнейинижнейкрышкисоответственно, м. В переходных режимах принимаем Еа=1,5Е.

Систему дифференциальных уравнений (3.46) решаем методом Эйлера.

Результаты решения представлены на рисунках 3.28 … 3.31.

Рп, МПа

Рш, МПа

а) давления в поршневой полости; б) давления в штоковой полости

При подаче рабочей жидкости в поршневую полость давление в ней возрастает до 19 МПа и, по мере разгона, в течение 3 с несколько снижается. При прекращении подачи и слива рабочей жидкости давление снижается до нуля, а

затем начинает постепенно повышаться (рис. 3.28а). Снижение давления рабо-

чей жидкости в поршневой полости и последующее его повышение объясняется тем, что после прекращения подачи и слива рабочей жидкости (торможения)

пачка сортимента, продолжая вращаться по инерции, сжимает рабочую жид-

кость в штоковой полости (рис. 3.28б), а затем под действием возрастающего давления рабочей жидкости в штоковой полости возвращается в положение, соответствующее началу торможения. При этом давление в поршневой полости

133

, 1/град

t, c

в)

Рис. 3.31. Расчетные зависимости:

а) угла поворота; б) скорости поршня; в) угловой скорости

Процессы разгона, торможения и возвращения в положение, соответст-

вующее началу торможения пачки сортимента, представлены на рис. 3.29а. Характер изменения скорости поршня и угловой скорости вала ротатора (рис.

3.29 б, в) также свидетельствуют о возвращении вращающегося груза в исходное состояние. Изменения скорости перемещения поршня и угловой скорости его вращения, за исключением переходных режимов, имеют линейный характер

(рис. 3.29 б, в).

Примечательным является то, что, в отличие от ротаторов других типов

(полноповоротных и неполноповоротных), винтовой ротатор имеет высокую

точность позиционирования. Если перебег (угол вращения пачки сортимента от

начала прекращения подачи и слива рабочей жидкости до полной ее остановки) в лопастных ротаторах (полноповоротных и неполноповоротных) составляет

134

180-2000, то винтовой ротатор после перебега в 5-100 возвращается в положение, соответствующее началу торможения. Объясняется это тем, что новый винтовой ротатор практически не имеет перетечек. При износе уплотнений

поршня в процессе эксплуатации точность позиционирования может снизиться,

но будет всегда выше, чем у ротаторов других типов.

Аналогичные зависимости получены при подаче рабочей жидкости, в штоковую (винтовую) полость ротатора (рис. 3.30 а, б; 3.31 а, в).

Итак, система уравнений (3.46) является наиболее точной математической моделью винтового ротатора. Однако, можно определить зависимость расчетных значений давлений в поршневой и штоковой полостях при установившемся режиме от диаметров отверстий дросселей и требуемого момента поворота.

Расход рабочей жидкости через поршневую полость ротатора

где Vn – скорость поступательного движения поршня ротатора, м/с. Расход рабочей жидкости через штоковую (винтовую) полость ротатора

Пренебрегая потерями на трение, составим уравнение равновесия поршня

при подаче рабочей жидкости в поршневую полость:

Значения осевого усилия, необходимого для обеспечения момента поворота Мр, определим из (2.72)

136

Если значение Рп по формуле (3.58) меньше нуля, то необходимо увеличить Рш, т.е. давление настройки предохранительного клапана в штоковой полости.

Из (5.58) и (5.59) определяем зависимости Pш f (k1 ) и Pn f (k2 ) .

Используя полученные зависимости, можно получить оптимальные соотношения диаметров дроссельных отверстий.

3.7.Выводы

1.Податливость рабочей жидкости и элементов гидропривода механизмов

подъема стрелы, привода рукояти и поворота колонны необходимо учитывать в

переходных режимах при определении коэффициента динамичности.

2.Величина пиковых значений давлений в переходных режимах зависит от характера изменения подачи рабочей жидкости, коэффициента податливости рабочей жидкости, работы предохранительных устройств, наличия дроссель-

ных устройств.

3.После завершения переходного процесса, скорости движения штоков не

изменяются, что подтверждает корректность принятого в главе 2 допущения о постоянстве скорости движения штоков при установившемся режиме работы

гидропривода.

4.Оптимальные значения параметров механизмов подъема стрелы и при-

137

вода рукояти можно определить без учета податливости рабочей жидкости, элементов гидропривода, так как скорости движения штоков гидроцилиндров после завершения переходного процесса являются постоянными, что соответ-

ствует принятому допущению при определении оптимальных значений.

5.Наибольшие динамические нагрузки возникают при торможении опускающегося груза.

6.Подпор давления в поршневой полости ГЦ при опускании стрелы зависит от соотношения диаметров отверстий дросселей, установленных в поршневой и штоковой полостях. При установке в поршневой полости дросселя с диаметром отверстия 3 мм, а в штоковой – менее 2,7 мм увеличение давления в поршневой полости не наблюдается.

7.При учете деформации рабочей жидкости, находящейся в полостях гидроцилиндров и магистралях, диаметров отверстий в дросселях, утечек в гидро-

системе и работы предохранительных устройств математические модели меха-

низмов манипулятора наиболее точно отражают работу механизмов, а полученные расчетные зависимости совпадают с экспериментальными (см. гл. 6).

8.При внезапном снятии нагрузки (что предусмотрено технологией работы манипулятора) возникают колебания давления в гидросистеме, которые не-

обходимо учитывать при расчетах металлоконструкций и гидропривода.

9.Колебания груза в плоскости подъема стрелы при торможении подни-

мающейся (опускающейся) стрелы создают значительные колебания давления в гидросистеме и напряжений в металлоконструкции, которые необходимо учитывать при расчетах.

10.Пиковые значения давлений при разгоне и торможении винтового ротатора зависят от диаметров отверстий в дросселях, наличия предохранительных

устройств, характеристик рабочей жидкости, утечек в гидросистеме, а также

коэффициента податливости рабочей жидкости.

11.Дроссели, устанавливаемые в напорной и сливной магистралях гидроцилиндра подъема стрелы и привода рукояти "отсекают" вторичные предохра-

138

нительные клапаны в секциях гидрораспределителя, что может, при ошибках в расчетах, привести к значительному превышению давления, против предусмотренных гидросхемой.

12.Логарифмический декремент затухания колебаний давления при торможении опускающейся стрелы с грузом зависит от настройки предохранительного клапана.

13.Значительные пики давления (до 35 МПа) при резком торможении механизма поворота манипулятора в промежуточных положениях можно снизить уменьшив диаметр дроссельных отверстий или применив специальное устройство предложенное в работе [131], или соединив полости гидроцилиндра поворота через дроссель, или применив дроссели с обратным клапаном, или исключив дроссели из гидросхемы.

139

4. Исследование динамической нагруженности манипулятора при совмещении движений звеньев

иопределение эффективности совмещения

4.1.Исследование динамической нагруженности гидравлического манипулятора и обоснование целесообразности совмещения операции подъема стрелы и вращения рукояти

Динамические (инерционные) силы, возникающие вследствие неравномерного вращения стрелы и рукояти гидравлического манипулятора при равномерном движении штоков гидроцилиндров, оказывают весьма существенное влияние на расчетные нагрузки, преодолеваемые манипулятором в процессе работы. Эти силы, зависящие как от кинематических параметров манипулятора,

так и от скоростей движений штоков гидроцилиндров, могут быть значительно

снижены при совмещении движений звеньев, а, следовательно, повышена надежность металлоконструкции и гидрооборудования манипулятора. Кроме того, совмещение операций может обеспечить значительное повышение произво-

дительности манипулятора.

Так как время цикла движения рукояти и стрелы составляет более 50% времени полного цикла работы манипулятора, то наиболее целесообразным яв-

ляется совмещение этих операций. Однако совмещение операций связано с ус-

ложнением гидравлической схемы манипулятора, поэтому целесообразность

совмещения должна быть обоснована в каждом конкретном случае.

На рис 4.1 представлена кинематическая схема стреловой группы (стрела и рукоять с удлинителем) гидравлического манипулятора. Рассмотрим рукоять

с удлинителем как одно звено с одной степенью свободы потому, что инерци-

онные силы, возникающие при установившемся движении удлинителя, незначительны.