CC BY
17
УДК 621.878.4
АНАЛ1З К1НЕМАТИКИ РОБОЧОГО ОБЛАДНАННЯ МАЛОГАБАРИТНОГО НАВАНТАЖУВАЧА ПМТС 1200 НА ОСНОВ1 КОМП'ЮТЕРНОГО
МОДЕЛЮВАННЯ
О.В. Сфименко, доц., к.т.н., Т.В. Плугша, доц., к.т.н., З.Р. Мусаев, асп., Харкчвський нацюнальний автомобшьно-дорожнш ун1верситет
Анотаця. Актуальность роботи пов 'язана з тенден^ею розвитку онформацойних технологой та впровадження ïx у проектування робочих процеав машин та механизмов. Розглянуто мож-лив1сть пор1вняння математичних розрахунюв з в1ртуальним експериментом, а також необ-х1дтсть застосування комп'ютерного моделювання у тих випадках, коли при прямому ф1зич-ному експеримент1 виникають труднощ1.
Ключов1 слова: моделювання, робочий процес, експеримент, розрахунок, анал1з, конематика.
АНАЛИЗ КИНЕМАТИКИ РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ МАЛОГАБАРИТНОГО ПОГРУЗЧИКА ПМТС 1200 НА ОСНОВЕ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
А.В. Ефименко, доц., к.т.н., Т.В. Плугина, доц., к.т.н., З.Р. Мусаев, асп., Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет
Аннотация. Актуальность работы связана с тенденцией развития информационных технологий и внедрения их в проектирование рабочих процессов машин и механизмов. Рассмотрена возможность сравнения математических расчетов с виртуальным экспериментом, а также необходимость применения компьютерного моделирования в тех случаях, когда при прямом физическом эксперименте возникают трудности.
Ключевые слова: моделирование, рабочий процесс, эксперимент, расчет, анализ, кинематика.
ANALYSIS OF THE CINEMATICS OF PMTS 1200 COMPACT LOADER WORKING EQUIPMENT USING COMPUTER SIMULATION
O. Yefymenko, Assoc. Prof., Ph. D. (Eng.), T. Pluhina, Assoc. Prof., Ph. D. (Eng.), Z. Musaiev, P. G., Kharkov National Automobile and Highway University
Abstract. The topicality of the research is explained by the tendency of using information technologies and their implementation in the process of designing working machines and mechanisms. The possibility of comparing mathematical calculations with the virtual experiment as well as the need for computer modeling in cases where the working process of physical experiment is difficult has been considered in the given work. The consistency and formalization of the computer model of compact loader operating equipment, which makes it possible to identify the basic properties of the object under study (or a whole class) is considered.
Key words: simulation, working process, experiment, calculation, analysis, cinematics.
Вступ
Актуальнють роботи пов'язана з тенденщею розвитку шформацшних технологш та впровадження ïx у проектування робочих проце-
ciB БДМ. Так, за допомогою рiзноманiтниx програмних продукпв виршуються складш задачу пов'язаш i3 проектуванням машин та меxанiзмiв. Впровадження технологи аналiзу динамши робочих i транспортних режимiв
будiвельних та дорожшх машин дозволяе вивести виршення завдань динамiчного ана-лiзу на новий якiсний рiвень. Використання методiв кiнцевих елементiв та програмних засобiв застосування комп'ютерних програм дозволить моделювати динамiку БДМ та проводити експерименти за допомогою персонального комп'ютера. Зокрема у нашш статтi було розглянуто малогабаритний на-вантажувач з бортовим поворотом ПМТС 1200. Технолопя автоматизованого динамiч-ного аналiзу дозволяе спростити i прискори-ти вирiшення завдань математичного моде-лювання i, зрештою, iстотно тдвищити ефективнiсть розробки ново! науково-техшчно! продукци. Тому в першу чергу ця робота спрямована на тдвищення ефектив-ностi функцiонування БДМ та збшьшення надiйностi й якостi виконання робгг.
Аналiз публiкацiй
Використання комп'ютерного моделювання та автоматизованого динамiчного аналiзу дозволяе вже на раннiх стад1ях проектування отримати достовiрну iнформацiю про пове-дiнку створюваних виробiв i силовi наванта-ження, що виникають при цьому, а також оперативно проводити дослщження нештат-них ситуацiй, що виникають у процесi екс-плуатацп юнуючих виробiв. Роботи О.В. Черткова, 1.Г. Кириченка дозволяють визначити динамiчнi навантаження при зiткненнi робо-чого обладнання навантажувача з жорсткою перешкодою [1]. Розроблено методику застосування комп'ютерних технологш при моде-люванш пере!зду навантажувача через перешкоду [2]. Було проведено дослщження моделювання руху фронтального навантажу-вача [3], виявлено переваги викорискання комп'ютерного моделювання дорожшх машин [4]. Дослщжено деформащю пневмати-чно! шини колеса при взаемоди з твердою опорною поверхнею. Необхщним е враху-вання усiх технiчних характеристик та конс-труктивних особливостей при моделюванш того чи iншого механiзму за допомогою комп'ютера.
Мета i постановка завдання
Метою роботи е тдвищення ефективносп проектування БДМ за рахунок використання комп'ютерного моделювання. Необхщно створити тривимiрну модель робочого обла-днання засобами САПР i зробити кшематич-
ний розрахунок за допомогою програмних 3aco6ÍB. У результат проведення аналiзу САПР з'ясувалося, що найбшьш прийнятною програмою тривимiрного проектування е «Autodesk Inventor», завдяки !! широким мо-жливостям i простои використання, а саме:
- можливосп проектування зверху вниз (по-чинаючи вiд проектування складального вуз-ла i закiнчуючи проектуванням деталей, як в нього входять), або проектування знизу вго-ру, проектуючи по однiй деталi в кожен момент часу. Конструктор може використову-вати одночасно вже спроектоваш деталi та схематичнi залежносп у тривимiрному прос-торi, щоб можна було заздалегiдь побачити, як все буде працювати до розробки кшцево! верси взаемозв'язкiв деталей.
- Нова внутршня сегментацiя бази даних (яка е дещо спрощеною, але система САПР m що iнше, як штелектуальний iнтерфейс, призначений для створення запишв баз даних, кожна з яких е елементом конструкци), яка оргашзовуе данi таким чином, щоб за-вантажувалися тiльки елементи i функщона-льнiсть кожного об'екта, необхщного в да-ний момент часу. Таким чином, збiрки у 3000 компонента завантажуються за кiлька секунд замють багатьох хвилин.
Для досягнення поставлено! мети необхщно: проанатзувати типову структуру ПМТС 1200; визначити основш елементи складно! моделц визначити етапи моделювання; про-аналiзувати iснуючi iнструментальнi засоби реалiзацi! задач моделювання та висунути вимоги щодо !х функцiонування. У поданiй роботi розглянуто, насамперед, кшематику робочого обладнання навантажувача, а саме зусилля, якi будуть виникати у гщроцилшд-рах тдйому ковша у той час, коли на робоче обладнання дiе вертикальна сила. У робот дано кшематичну схему робочого обладнання для визначення ддачих зусиль математич-но, на основi яко! побудовано спростовану тривимiрну модель робочого обладнання згщно з конструкторською документацiею навантажувача. Розглядаються, насамперед, положення робочого органу при робот верх-шх гiдроцилiндрiв. А саме, пiдйом та опус-кання ковша на кожш 10 градусiв вiд остан-нього положення. У майбутньому плануеться детально спланувати фiзичний експеримент на дослщному зразку та порiвняти отриманi дат з комп'ютерним аналiзом.
Розрахунок кшематики робочого обладнання навантажувача математичним методом
У робой було розглянуто кшька положень порожнього ковша шд час його тдйому з урахуванням масових параметрiв та без ура-
хування мас деталей стрши. Для цього було побудовано кшематичну схему, зображену на рис. 1. Було складено рiвняння рiвноваги для врахування зусиль, що виникають у пд-роцилшдр^ Таким саме чином розраховано й iншi положення робочого обладнання.
Рис. 1. Геометричш побудови положення робочого обладнання навантажувача при mдйомi ковша на 10 градуав
Пiсля ушх необхiдних промiжних розрахун-кiв складаемо рiвняння рiвноваги по вщно-шенню до усiх залежних компонентiв мета-локонструкци вiд вертикального зусилля Р. [5]. На входi маемо таю даш
В311Р = 980,09 мм В311А31А41 = 208,95 мм В211А31А41 = 301,66 мм В 211А21А31 = 285,31 мм А11А21А31 = 315,63 мм А11А11А21 = 380,63 мм
Розрахункове зусилля у гiдроцилiндрi 4,9592 х 315,63
Я
А1А11
380,69
= 4,1116 Н. (4)
Перерахуемо отримаш зусилля з урахуванням маси робочого органу (318 кг) й отрима-емо зусилля у гiдроцилiндрi
(1)
ЯАыи = 5,440 Н.
(5)
Далi вирахуемо рiвняння рiвноваги для ковша
Яа
Р х 980,09 208,95
= 4,6905 Н. (2)
Розрахункове зусилля для важеля В2А3 301,66 х 4,6905
ЯА
285,31
= 4,9592 Н. (3)
Розрахувавши ус положення, маемо такi даш:
- у першому положеннi - 5,440 Н;
- у другому положенш - 5,380 Н;
- у третьому положенш - 5,500 Н;
- у четвертому положенш - 6,800 Н.
Слщ зазначити, що за принципом будiвель-но! мехашки в ушх розрахункових положен-нях зусилля будуть у п разiв бiльше, нiж дiюче навантаження на робочому оргаш А саме, у першому положенш - у 5,440 рази, у другому положенш - у 5,380 рази та, вщпо-вщно, у третьому та четвертому у 5,500 та 5,800 рази бшьше.
Комп'ютерне моделювання кшематики робочого обладнання малогабаритного навантажувача та пoрiвняння результат з математичними розрахунками
Початковим етапом e побyдова якомога бiльш детальноï 3D-моделi навантажyвача за допомогою використання програми «Autodesk Inventor».
Вщповщальним етапом e експорт побудова-ноï тривимiрноï моделi (рис. 2) y середовище динамiчного моделювання. Основна вимога -збер^ання масово-iнерцiйниx xарактеристик складальниx одиниць тривимiрноï моделi пiсля експортy. Наступним етапом e класи-фiкацiя отриманиx складальниx одиниць на рyxомi та нерyxомi об'eкти.
навантаження на його робочий орган стано-вить 1GGG Н.
Рис. 2. Спрошена комп'ютерна модель робочого обладнання навантажувача з вертикальною силою, що дiе на робочий орган
ПШсля повного юнематичного аналiзу ycix по-ложень моделi маемо так графiки (рис. 3-6).
5450
X « ч ч
s о
L>)
0,5 1 1,5 Час, с 2 2,5
Рис. З. Зусилля, що виникають y гщроцилш-драx при дшчому навантаженнi на робочий орган y першому розраxyнковомy положенш
Як видно з графiка, максимальне зусилля у гiдроцилiндрi дорiвнюe 528G Н, при цьому
Рис. 4. Зусилля, що виникають у гщроцилш-драx при дшчому навантаженш на робочий орган у другому розраxyнковомy положенш
Рис. 5. Зусилля, що виникають у гщроцилш-драx при дшчому навантаженш на робочий орган у третьому розраxyнковомy положенш
Рис. 6. Зусилля, що виникають у пдроцилш-драх при дшчому навантаженш на ро-бочий орган у четвертому розрахунко-вому положенш
У подальших дослщженнях плануеться провести анашз адекватностi моделi реальним машинам та бiльш ретельне дослiдження впливу рiзноманiтних факторiв на результати комп'ютерного моделювання.
Висновки
Порiвняльний аналiз за математичними роз-рахунками та комп'ютерним моделюванням показуе, що:
- у першому розрахунковому положенш: ма-тематичний розрахунок у 5440 Н проти 5280 Н комп'ютерного моделювання;
- у другому розрахунковому положенш: ма-тематичний розрахунок у 5200 Н проти 5132 Н комп'ютерного моделювання;
- у третьому розрахунковому положенш: ма-тематичний розрахунок у 5355 Н проти 5453 Н комп'ютерного моделювання;
- у четвертому розрахунковому положенш математичний розрахунок у 5800 Н проти 6100 комп'ютерного моделювання;
Таким чином, похибка становить 4,8 %, i на початковому еташ комп'ютерна модель адекватно вщображае спрощену математичну модель навантажувача.
Лггература
1. Чершков О.В. Комп'ютерне моделювання та аналiз кшематичних особливо-стей робочого обладнання фронтального навантажувача / О.В. Чершков, 1.Г. Кириченко, А.1. Москаленко // Прикл. гео-метрiя та шж. графша. - 2010. - Вип. 86.
- С. 107-111.
2. Москаленко А.И. Применение компьютерных технологий при моделировании переезда фронтального погрузчика через препятствие / А.1. Москаленко, О.В. Черников // Прикл. геометрiя та шж. графка. - 2011. - Вип. 88. - С. 234-238.
3. Чершков О.В. Дослщження руху фронтального навантажувача в пакет «Autodesk Inventor» / О.В. Чершков, А.1. Москаленко, О.С. Оболенський // Прикл. геометрiя та шж. графша. - 2012.
- Вип. 89. - С. 382-386.
4. Кириченко И.Г. Компьютерное моделирование дорожных машин / 1.Г. Кириченко, О.В. Чершков // Прогрессивная техника, технология и инженерное образование: материалы XIV Международной научно-технической конференции: Севастополь, 25-28 июня 2013 г.-К.: НТУУ «КПИ», 2013. - Ч. 2. -С.46-48.
5. Гарнет М.М. Определение моментов инерции / М.М. Гарнет, В.Ф. Ратобыль-ский. - М.: Машиностроение, 1969. -228 с.
References
1. Chemikov O.V., Kyrychenko I.G., Mos-kalenko A.I. Komp'juterne modeljuvannja ta analiz kinematychnyh osoblyvostej ro-bochogo obladnannja frontal'nogo navantazhuvacha. [Computer simulation and analysis of the kinematic features of working equipment of front loader]. Prykladna geometrija ta inzhenerna grafi-ka. [Applied geometry and engineering graphics]. 2010, vol. 86, pp. 107-111.
2. Moskalenko A. I., Chernikov O. V. Prime-nenie kompjuternyh tehnologij pri mod-elirovanii pereezda frontal'nogo pogruzchika cherez prepjatstvie. [Using computer technologies in modeling of a front loader's movement through an obstacle]. Prykladna geometriya ta inzhenerna grafika. [Applied geometry and engineering graphics]. 2011, vol. 88, pp. 234-238.
3. Chernikov O.V., Moskalenko A.I., Ob-olens'kyj O.S. Doslidzhennja ruhu frontal'nogo navantazhuvacha v paketi «Autodesk Inventor» [Research of motion of a frontal loader in the «Autodesk Inventor» package]. Pry'kladna geometriya ta inzhenerna grafika. [Applied geometry and engineering graphics]. 2012, vol. 89, pp.382-386.
4. Kyrychenko I.G., Chernikov O.V. Kom-pjuternoe modelirovanie dorozhnyh mashin. [Computer simulation of road machines]. XIV Mezhdunarodnaja nauchno-tehnicheskaja konferencija «Progressivnaja tehnika, tehnologija i inzhenernoe obra-zovanie». [XIV International Scientific and Technical Conference «Progressive Engineering, Technology and Engineering Education»]. 2013, vol. 2, pp. 46-48.
5. Garnet M.M., Ratobyl'skij V.F. Opredele-nie momentov inercii. [Determination of moments of inertia]. Moscow, Mechanical engineering, 1969, 229 p.
Рецензент: О.Я. Ншонов, професор, д.т.н.,
ХНАДУ.
