CC BY
53
Список литературы
1 Ан И-Кан. Синтез, геометрические и прочностные расчеты планетарных механизмов с некруглыми зубчатыми колесами роторных гидромашин : автореф. дис. ... д-ра техн. наук. Томск, 2001. 35 с.
2 Волков Г. Ю., Курасов Д. А., Горбунов М. В. Геометрический синтез некруглых зубчатых колес планетарной роторной гидромашины //Вестник Курганского государственного университета. Серия «Технические науки». 2016. Вып. 11. С. 23-27.
3 Патент US 6230823 (B1) Downhole motor/ Dariusz Sieniawski. Опубл. 15.05.2001.
УДК 621.869
М.И. Жилевич, П.Н. Кишкевич, А.А. Зубрицкий Белорусский национальный технический университет
анализ нагруженности гидроцилиндра механизма подъема
телескопической стрелы погрузчика
Аннотация. Разработана математическая модель для определения взаимного положения звеньев механизма подъема стрелы погрузчика с гидравлическим приводом рабочего оборудования, получены математические зависимости, позволяющие оценить ряд силовых факторов при ее перемещении. Выполнены тестовые расчеты.
Ключевые слова: гидроцилиндр, кинематика, нагрузка, погрузчик, стрела, математическое моделирование, анализ.
M.I. Zhуlevich, P.N. Kishkevich, А.А. Zubritski Belarusian National Technical University
LOADING ANALYSIS OF HYDRAULIC CYLINDER IN LIFT MECHANISM OF LOADER TELESCOPIC ARM
Annotation. A mathematical model for determination the mutual position of the loader links with the hydraulic drive of the working equipment had been developed. Mathematical dependencies, allowing evaluation of force factors during loader arm moving are obtained. Test calculations are performed.
Key words: hydraulic cylinder, cinematics, loading, loader, load arm, math modeling, analysis.
Введение
Погрузчики с телескопической стрелой и гидравлическим приводом рабочего оборудования в настоящее время находят всё большее применение при выполнении строительных работ и по-грузочно-разгрузочных операций в логистических центрах. В таких машинах совмещаются функцио-
нальные возможности вилочного и одноковшового фронтального погрузчиков и самоходного стрелового крана. Они могут работать на ограниченном пространстве, поднимать груз на значительную высоту и оперировать с ним ниже плоскости своей опоры, а также транспортировать грузы на определенное расстояние.
Одним из первых производителей погрузчиков с телескопической стрелой является итальянская компания Merlo [1]. Выпуском аналогичной техники занимаются известные мировые компании Bobcat, Caterpillar, DIECI, JCB, Gradall, TEREX и др. Освоено производство таких машин и ОАО «АМКОДОР» (Республика Беларусь) [2].
С целью обеспечения конкурентоспособности проектируемых изделий, сокращения сроков проектирования и экспериментально-доводочных работ, что особенно актуально для рабочего оборудования с гидравлическим приводом, а также с целью оперативного реагирования на потребности заказчиков по грузоподъемности и функциональным возможностям погрузчика требуется развивать инновационные методы их моделирования и исследования [3-6].
1 Математическая модель
В качестве объекта исследования принята одна из моделей погрузчиков «АМКОДОР». Общий вид монтажа телескопической стрелы на погрузчике представлен на рисунке 1 (точки 3 и 6 соответствуют местам крепления гидроцилиндра подъема стрелы).
Рисунок 1 - Общий вид механизма подъема стрелы
Расчетная схема, учитывающая кинематические связи механизма, представлена на рисунке 2. Расстояние |AD| соответствует расстоянию между шарнирами цилиндра подъема (поворота) стрелы. Плечо 1ст приложения силы тяжести груза может изменяться гидроцилиндром выдвижения стрелы, расположенным внутри последней, выполненной в виде короба.
Угол поворота стрелы ас по отношению к вертикальной оси вокруг точки С (рисунок 2).
ас = ВСЕ+ЛСБ+ЛСВ. (1)
Из треугольника CDE
ВСЕ= агс1в(|ВЕ|/|СЕ|) = агс1в(х3/у3); (2)
|СВ|2 = |ВЕ|2+|СЕ|2 = х32 + у2,_
где х3 y - координаты расположения шарнира D.
Н =L sin(a -п/2),
гр стр v c s
(6)
Рисунок 2 - Кинематическая схема рабочего оборудования
(3)
Из треугольника ABC следует: ACB= arctg(|AB|/|BC|) = arctg(yn/xn); |CD|2 = |Щ2+|С£|2 = yn2+xn2, где xnyn - координаты точки крепления шарнира штока цилиндра поворота стрелы.
Величина угла ACD будет зависеть от хода штока цилиндра подъема стрелы (в точках А и D расположены шарниры цилиндра). Из треугольника ACD
AD^ = |AC|2 + |CD|2 - 2 |AC| |CD| cos (ACD)=
2 2 2 2 = x2 + уп + x2 + уп
- 2V (X l + yj )(x l + у з2 с os(ACD ) .
Можно записать
|АО|=Ь +х ,
1 1 под под'
где Ьпод - расстояние между шарнирами цилиндра подъема стрелы в начальном положении;
хпод - текущая координата (ход) штока цилиндра подъема стрелы. Таким образом,
ACD = arccos
2 2 2 2 2 (xп + уп + x3 + уп -(Lпод + хпод) )/
Wô
x2 + уп )(x2 + у2)
.(4)
Подставив выражения (2)...(4) в выражение (1), получим зависимость угла поворота стрелы от положения поршня цилиндра подъема стрелы
ас = arctg(yп / хп ) + arctg(х3 / Y3 ) +
+ arccos
Оп + уп + x3 + уп - (L
/(^(x2 + уп )(x2 + у| )
под + хпод
)2)/
.(5)
Данная зависимость позволяет также анализировать влияние координат крепления шарниров на кинематику механизма.
Высота подъема груза относительно горизонтальной оси, проходящей через шарнир С, определяется по выражению
дальность выдвижения груза относительно вертикальной оси, проходящей через шарнир С, L =L cos(a -п/2). (7)
гр стр 4 c ' v '
Запишем уравнение моментов сил, действующих на стрелу, относительно шарнира С, причем трением будем пренебрегать
М =М , (8)
т ц/ v '
где Мт - момент силы тяжести груза; Мц - момент силы давления, развиваемый гидроцилиндром.
М =Mgl ,
т г ст
где Мг - масса груза (массой стрелы на начальном этапе пренебрегаем);
g - ускорение свободного падения; l - плечо силы тяжести.
ст
l =L sin(a ),
ст стр с
где L - длина стрелы (от шарнира С до центра тяжести груза).
Угол ас рассчитывается по выражению (5). Стрела имеет телескопическую конструкцию, и ее длина может меняться от полностью втянутой L до полностью выдвинутой L .
J стр.mm J стр. max
Наиболее нагруженный режим будет при выдвинутой стреле, однако целесообразно анализировать режим нагружения цилиндра подъема и при втянутой стреле.
Момент силы давления, развиваемый гидроцилиндром, М =F l ,
ц цп цп
где F - сила, развиваемая гидроцилиндром; l - плечо силы давления.
Рцп Рцп /4 ,
где D - диаметр поршня; p - давление в цилиндре. Из треугольника АССЛ
1цп = |CCJ = AC|sin(CACj) = |AC|sin(CAD) Из треугольника CAD по теореме синусов
CD
\AD\
sin(CAD) sin(ACD) откуда
sin(CAD) = I CD I si n( ACD ) /I AD I =
= Vx2 + у2 sin(ACD)/LnoA + хпод)
причем величина угла ACD рассчитывает по выражению (4).
Таким образом, подставив составляющие в уравнение (8), получим
32
Вестник КГУ, 2017. № 2
МтgLп
атс^(Уп / хп) + атс^(хз / Уз) +
2 2 2 2 2 (хп + Уп + х3 + Уп - (Ьпод + под
/(^(х2 + уП )(х32 + Уз2)
4(ЬпС sin(arccos
Рцп V х
Г2 2 I 2 2 л/хп + Упд/ х3 + Уз х
2 2 2 2 2 (хп + Уп + х3 + Уп -(Ьпод + хпод ) )/
/(^/(х2 + уП )(х2 + У2)
.(9)
--------
* * <7
> _
•.,
-Нгруза1
■ - - ■ Lгруза1 ■ ■ 1Lгруза2 1 1
0,4 0,6
ход поршня, м
2 Расчетные исследования
По разработанной математической модели выполнены тестовые расчеты. В качестве основных исходных данных были приняты ряд параметров, близкие к параметрам одной из моделей погрузчика с телескопической стрелой ОАО «АМКОДОР».
Получены графики изменения высоты подъема и дальности выдвижения груза в зависимости от угла поворота стрелы в выдвинутом и втянутом положении; изменения угла поворота стрелы, высоты подъема и дальности выдвижения от хода штока цилиндра подъема стрелы; давления в гидроцилиндре подъема стрелы от угла ее поворота и высоты подъема груза при заданном диаметре поршня; расчетного (минимального) диаметра поршня гидроцилиндра при заданном давлении в различных положениях стрелы во втянутом и выдвинутом состоянии в зависимости от угла поворота и высоты подъема.
Графики изменения высоты подъема и дальности выдвижения груза в зависимости от угла поворота стрелы в выдвинутом и втянутом положении представлены на рисунке 3.
Используя уравнение (9), можно оценить ряд силовых факторов, в частности, нагрузки на штоки цилиндров, диаметры поршней, давление, необходимое для удержания груза при различном положении звеньев механизма.
Если из уравнения (9) выразить р , можно рассчитать изменение давления в цилиндре с заданным диаметром поршня Бцп, обеспечивающее подъем груза массой Мг при длине стрелы Ьстр, в зависимости от положения поршня х цилиндра подъема стрелы (или от угла поворота стрелы) диаметром поршня Б . На основании полученных зависимостей можно выбрать рабочее давление в системе.
На рисунке 4 представлены графики изменения давления в гидроцилиндре подъема стрелы в зависимости от угла поворота стрелы в выдвинутом и втянутом положении.
Рисунок 3 - Высота подъема (Нгруза1) и дальность выдвижения ^груза1) груза при втянутой стреле, соответственно, Нгруза2, Lгруза2 - при выдвинутой
50 45 40 35 30
: 25 20
Е
Ш
8 15 1110 5 0
Мпа Мпа
- - - ■ рпод1,
* * - - ». * - - _ „
..... 4 " ■ » -
1,2
1,4
1,6 1,8 2,0 2,2 угол поворота стрелы, рад
2,4
2,6
Рисунок 4 - Давление в гидроцилиндре подъема стрелы при заданном диаметре поршня со втянутой (рпод1) и выдвинутой (рпод2) стрелой
Если из уравнения (9) выразить Бцп, можно рассчитать необходимый диаметр поршня при заданном давлении в системе рцп и различных М,, Ь , х . Графики изменения минимального рас-
стр под 1 1 1
четного диаметра поршня при заданном давлении в различных положениях стрелы во втянутом и выдвинутом состоянии в зависимости от угла ее поворота представлены на рисунке 5. По полученным графикам можно выбрать требуемый диаметр поршня цилиндра подъема стрелы или рабочее давление в контуре.
0,17 0,16 0,15 0,14 0,13 : 0,12 0,11 . 0,10 0,09 0,08
^Dпод2, м
- ■ Dпод1, м
4 » ж - -
" - - -
" * ■ » * • » ,
* * «
1,6 1,8 2,0 2,2 угол поворота стрелы, рад
Рисунок 5 - Расчетный диаметр поршня
при заданном давлении со втянутой ^под1) и выдвинутой (Dпод2) стрелой
+ arccos
)
0
0,2
0,8
1,2
1,4
2,4
2,6
Заключение
Разработанная математическая модель механизма подъема телескопической стрелы погрузчика позволяет анализировать взаимное положение звеньев на различных углах её поворота, необходимый ход цилиндра подъема стрелы для обеспечения заданной высоты подъема груза, высоту подъема груза и дальность его выдвижения в различных положениях цилиндров подъема и выдвижения стрелы, ряд силовых факторов (нагрузки на гидроцилиндр и давление в нем) в зависимости от конструктивных параметров привода и координат крепления шарниров. Путем многовариантного анализа можно выбрать рациональные значения конструктивных параметров и выполнить параметрический синтез привода.
Список литературы
1 Погрузчик телескопический. Характеристики и возможности. URL: http://stronews.ru/ pogruzchik-teleskopicheskij-xarakteristiki-i-vozmozhnosti/
2 Погрузчик с телескопической стрелой Амкодор 527: Руководство по эксплуатации. Минск: ОАО «Амкодор», 2008.
3 Навроцкий К. Л. Теория и проектирование ГПП. М.: Машиностроение, 1989. 248 с.
4 Автомобили: Специализированный подвижной состав : уч. пособие / М. С. Высоцкий [и др.]; под общ. ред. М. С. Высоцкого, А. И. Гришкевича. Минск: Выш. шк, 1988. 160 с.
5 Богдан Н. В., Жилевич М. И., Автушко В. П. Моделирование динамических процессов в гидроприводе подъема стрелы манипулятора погрузочно-транспортной машины // Вестник Национального технического университета «Харьковский политехнический институт». Харьков, 2001. Вып.129. Ч.2.С.31-52.
6 Шевченко В. С., Жилевич М. И. Математическая модель гидростатической передачи тягово-транспортной машины // Промышленная гидравлика и пневматика. 2010. №2. С.76-79.
УДК 629.1.02 А.А. Абабкова
Курганский государственный университет
анализ динамических свойств гусеничной машины для обеспечения роботизированного управления движением
Аннотация. В статье представлена классификация современных наземных военных роботов. Рассмотрены некоторые роботизированные комплексы российского и зарубежного производства. Проведен анализ динамических свойств гусеничной машины. Описано влияние нелинейности системы управления на реакцию машины.
Ключевые слова: роботизированный комплекс, гусеничная платформа, дистанционное управление, управляющее воздействие, реакция машины.
A.A. Ababkova Kurgan State University
ANALYSIS OF THE DYNAMIC PROPERTIES OF THE TRACKED
vehicle for providing movement robotic control
Annotation. The article presents the classification of modern ground-based military robots. We analyze some of Russian- and foreign-manufactured robotic systems. The analysis of the dynamic properties of the tracked vehicle is carried out. The article describes the influence of nonlinearity of the control system on the vehicle reaction.
Key words: : robotic complex, a tracked platform, remote control, control action, vehicle reaction.
В настоящее время роботы применяются в различных отраслях промышленности и выполняют сложные работы. Не обошлось без них и в военной технике. Стремление снизить потери солдат в процессе ведения боевых действий вынуждают конструкторов проектировать мобильные роботизированные платформы различного типа и назначения. На сегодняшний день активно такими разработками занимается США, но и в России существуют подобные конструкции. Рассмотрим подробнее существующие роботизированные комплексы.
Прежде всего, стоит отметить, что существует несколько классификаций военных роботов. В зависимости от выполняемой задачи различают разведывательные, инженерные, боевые и тыловые комплексы. Но для большинства автоматизированных аппаратов это разделение условно, так как они являются унифицированными платформами с набором модулей, которые можно легко менять в зависимости от выполняемого задания. Например, робота-сапера можно легко превратить в боевого робота [1].
По массе роботизированные платформы делятся на легкие, средние и тяжелые.
Важным параметром роботов является автономность работы. В зависимости от степени самостоятельности выполнения задания военные роботы подразделяются на дистанционно управляемых роботов, полуавтоматических и автоматических. Как правило, современные военные роботизированные комплексы управляются дистанционно с пульта, но сейчас активно разрабатываются полуавтоматические (они могут в большей или меньшей степени следовать вложенной программе и обходиться без постоянного вмешательства человека) и полностью автоматические роботизированные системы.
Мобильные роботизированные комплексы имеют различные формы и размеры. Например, на рису н к е 1 п р е_д с_т а влен м и н и а_тю р н ы й р о б о_т -
Вестник КГУ, 2017. № 2
