Гидроманипуляторы и лесное технологическое оборудование Бартенев

181

лы и колонны, общее время цикла работы гидроманипулятора заметно меньше при совместном движении.

Врезультатетеоретическихисследованийустановленоследующее(рис. 4.18):

-при совмещении движений поворотной колонны и подъема стрелы время цикла сокращается на 15 20%;

-максимальное значение усилия гидроцилиндра поворота в переходном режиме уменьшается в 1,8 раза;

-усилие гидроцилиндра подъема стрелы при совмещении движений сни-

жается в 1,1 1,2 раза.

Значительные пики усилий в переходных режимах объясняются тем, что при решении задачи не учитывается податливость рабочей жидкости, наличие дросселей в полостях гидроцилиндра поворота и предохрантельных устройств в напорной и сливной магистралях.

Для более точного решения задачи систему дифференциальных уравнений совместного движения колонны и стрелы и расхода рабочей жидкости, подводимой к гидроцилиндрам подъема стрелы и вращения колонны, запишем в виде:

182

где Q1 – подача рабочей жидкости в поршневую полость гидроцилиндра подъема стрелы в единицу времени, м3/с;

Q2 – объем рабочей жидкости, подаваемой в напорную полость гидроци-

линдра поворота в единицу времени, м3/с;

Q3 – объем рабочей жидкости, вытесняемый из сливной полости гидро-

цилиндра поворота в единицу времени, м3/с;

КН1 – коэффициент нарастания нагрузки;

Р1,Р2,Р3 – давление в поршневой полости гидроцилиндра подъема стрелы,

напорной и сливной полостях гидроцилиндра поворота соответственно, Па;

аy1, ay2, ay3 – коэффициенты утечек в магистрали гидроцилиндра подъема стрелы, напорной и сливной магистралях гидроцилиндра поворота соответст-

венно, м3/Па с;

Кр1, Кр2, Кр3 – коэффициент податливости рабочей жидкости в магистра-

лях гидроцилиндра подъема стрелы, напорной и сливной магистралях гидроци-

линдра поворота соответственно, м3/Па;

dп1, dп2 – диаметр поршня гидроцилиндра подъема стрелы и поворота ко-

лонны соответственно, м.

где dO1, dO2 – диаметры отверстий дросселей в напорной и сливной маги-

стралях, м;

183

Рм – давление в магистрали напорной полости гидроцилиндра поворота,

Па;

Рс – давление подпора на сливе, Па.

Рабочая жидкость, подаваемая насосом

Kt QН Q1 Q2 QK2 ,

где QК2 – расход рабочей жидкости через предохранительный клапан, ус-

тановленный в напорной магистрали гидроцилиндра поворота, м3/с;

Кt – коэффициент, учитывающий изменения подачи рабочей жидкости.

где lЦ1, lЦ2, lЦ3, – текущее расстояние от поршня до крышки гидроцилинд-

ра подъема стрелы, напорной и сливной полостей гидроцилиндра поворота со-

ответственно, м;

lР1 , lР2 , l р3 – длина трубопроводов магистралей гидроцилиндров, м; dp – внутренний диаметр трубопроводов, м.

В переходных режимах принимаем Еа=1,5 Е.

Решение системы (4.87) даст более точные зависимости P1=f(t), P2=f(t), P3=f(t), как при раздельном движении звеньев, так и при совмещении движений

(рис. 4.19).

184

Рис. 4.19. Расчетные зависимости для манипулятора ЛВ-185-07 при совместном движении и номинальной подаче Qн=1,33 10-3 м3/c на каждый контур:

а) давление в поршневой полости ГЦ подъема стрелы; б) давления в напорной полости ГЦ поворота колонны при отсутствии дросселя, ограничивающего подачу;

c) давление в сливной полости ГЦ поворота колонны при отсутствии дросселя, ограничивающего слив

Сравнивая результаты расчетов с результатами расчетов по системе (4.67), можно оценить влияние податливости рабочей жидкости и утечек на динамическую нагруженность механизмов при совмещении движений.

185

4.4. Упрощенный динамический расчет манипулятора

Многочисленные натурные тензометрические испытания манипуляторов различной грузоподъемности показывают [68], что динамические нагрузки механизма подъема стрелы в пуско-тормозных режимах зависят от характеристик аппаратов управления гидросистемой (рис. 4.20), утечек в гидросистеме; податливости рабочей жидкости, элементов гидропривода, звеньев манипулятора, а также основания, на котором установлен манипулятор.

Рис. 4.20. Изменение давления в поршневой полости ГЦ подъема стрелы при работе с распределителем Р 20П (а) и F-130CF (б)

Экспериментальными исследованиями установлено, что для упрощенных динамических расчетов можно сделать следующие допущения:

-давление в гидроцилиндре подъема стрелы до момента отделения груза от основания возрастает по линейному закону (рис. 4.21 а);

-скорость движения штока при установившемся режиме работы гидропривода является постоянной;

-колебания давления высокой частоты (вибрации) не оказывают существенного влияния (ввиду кратковременности воздействия) на ресурс гидроцилиндра и циклическую трещиностойкость металлоконструкции

186

манипулятора и, следовательно, для упрощенных расчетов можно принять, что после отделения груза от основания он совместно с конструкцией совершает колебания (рис. 4.21 б).

Рис. 4.21. Изменение давления в ГЦ подъема стрелы (а) и колебания системы после отделения груза от основания (б)

Подобные соотношения установлены тензометрическими испытаниями кранов различной грузоподъемности. Для грузоподъемных кранов коэффициент динамичности при подъеме груза равен [48]:

где V – скорость груза в момент отделения от основания, м/с;

yст – статический прогиб конструкции крана в точке приложения номинальной нагрузки, м;

ст – статическое удлинение каната, м;

mM – приведенная масса металлоконструкции, кг; mГ – масса груза, кг;

сМ – приведенная жесткость конструкции крана.

ycт

Для гидроманипулятора с жесткой и шарнирной подвеской грузозахватного органа ст =0.

187

Проекция скорости груза на вертикальную ось, равная скорости отделения груза от основания

где VШ – скорость движения штока гидроцилиндра, м/с; l = ОС – длина стреловой группы, м.

Если пренебречь утечками рабочей жидкости и потерями, скорость движения штока во время переходного процесса будет равна

где QН – номинальная производительность насоса, м3/с; d – диаметр поршня гидроцилиндра подъема стрелы, м; tn – время переходного процесса, с.

Vш

Рис. 4.22. Кинематическая схема механизма подъема стрелы

Рассмотрим момент, когда t tn и VШ VШmax .

Натурными испытаниями гидроманипуляторов установлено, что под действием номинального груза статический прогиб yст 0,42м (для ЛВ-184А) и yст 0,22 м (для ЛВ-185).

Соответственно приведенная жесткость конструкции манипулятора (с учетом податливости жидкости, элементов гидропривода и звеньев) равна

188

сМ 860 9,81 20,1 103 Н/м (для ЛВ-184А);

0,42

сМ 1030 9,81 45,9 103 Н/м. (для ЛВ-185).

0,22

Из выражения (4.96) следует, что скорость отделения груза от основания зависит от параметров манипулятора b и l, угла подъема стрелы при отрыве груза от основания, а также скорости движения штока гидроцилиндра.

Максимальному значению скорости соответствует значение

т.е.

Vmax bl VШ .

С учетом (4.94), окончательно будет:

Приведем массу конструкции манипулятора к точке подвеса груза (точке С). Кинетическая энергия системы стрела-рукоять с удлинителем при вращении вокруг оси проходящей через точку О равна (рис. 4.23)

Рис. 4.23. Схема приведения массы стрелы и рукояти к точке подвеса груза

189

где – Jc – момент инерции стрелы относительно оси, проходящей через точку О, кг м2;

Jро – момент инерции рукояти с удлинителем и гидроцилиндром удлини-

теля относительно оси, проходящей через точку О, кг м2;

– угловая скорость поворота стреловой группы, с-1;

mц – масса гидроцилиндра привода рукояти с механизмом складывания, кг;

Vц – скорость центра масс гидроцилиндра привода рукояти с механизмом складывания, м/с.

Рассматривая стрелу и рукоять с удлинителем, как однородные стержни имеем

Учитывая, что

Vlc и VЦ Vlc lЦ ,

получим

Следовательно, масса стрелы, рукояти с удлинителем и гидроцилиндром,

приведенная к точке подвеса груза

Исходные данные для упрощенного расчета коэффициента динамичности и результаты расчетов для манипуляторов различной грузоподъемности приве-

дены в таблице 4.2.

190

Расчет по упрощенной формуле (4.98) дает заниженное значение коэффициента динамичности. Расчет по другой [48] упрощенной формуле

дает завышенное значение коэффициента динамичности. Для гидроманипуляторов с жесткой шарнирной подвеской грузозахватного органа формула (4.101) примет вид:

По данным точного метода расчета, хорошо согласующегося с экспериментом, значение коэффициента динамичности находится между значениями, вычисленными по упрощенным формулам (4.98) и (4.102).