CC BY
30
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ МАНИПУЛЯТОРА ТБ-1 С ПРИМЕНЕНИЕМ СИЛОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА БАЗЕ МАТЕРИЛОВ С ЭФФЕКТОМ ПАМЯТИ ФОРМЫ
Коновалов М. Н. (УГТУ, г. Ухта, РФ)
Use of materials with effect of memory of the form in hydrocylinders of systems of a hydrodrive of wood machines
Применение силовых элементов на базе материалов с эффектом памяти формы (ЭПФ) в гидроцилиндрах системы гидропривода лесных машин [2], обуславливается следующими недостатками:
а) большая жёсткость силовых элементов и отсутствие механизмов ее варьирования;
б) отсутствие демпфирующих элементов, способствующих эффективному гашению свободных колебаний манипулятора.
Действительно, силовые элементы на базе материалов с ЭПФ являются более жёсткими по сравнению с штатными гидроцилиндрами. Наличие в них вс его около 6-7 литров синтетической жидкости не позволяет уменьшить их общую жёсткость, и такой силовой элемент приближённо можно считать жёстким стержнем.
Для устранения этих негативных явлений предлагается следующие решение - использование дополнительных упругих элементов (рессор, торсионов) в точках крепления (рис. 1).
Рисунок 1 - Возможное расположение упругих элементов и расчётная схема
Влияние упругих элементов в точках 1-4 позволяет оптимизировать общую систему упругости гидроманипулятора. Максимальной упругой деформации подвержена точка 1.
Для оценки критериев динамической нагруженности была разработана модель манипулятора трактора ТБ-1. Технологическое оборудование установки смоделировано в масштабе 1:5 (рис. 2).
Модель состоит из: технологического оборудования; демпфирующего элемента - упругого элемента с параметрами гистерезиса (четвертная рессора), ко-
торая установлена в точке 1; основания. Для сравнения этой системы (рессора и гидроцилиндр на базе материалов с ЭПФ), альтернативно применена система -гидроцилиндр и РВД.
Рисунок 2 - Экспериментальная установка
Наиболее существенное влияние на динамические свойства системы - гидроцилиндр и РВД, оказывают ряд параметров: жёсткость демпфирующих элементов; параметры гидроцилиндра и маслопроводов; подрессоривание машины; нагрузка на манипулятор. Для системы - рессора и гидроцилиндр на базе материалов с ЭПФ, существенное влияние оказывает демпфер (рессора), установленная в точке 1.
Основной задачей эксперимента являлся поиск альтернативного обоснования на переход системы с гидроприводом на новые силовые приводы с материалами с ЭПФ с целью уменьшения динамической нагруженности манипулятора. Критерием оценки колебательного процесса, с различными демпфирующими элементами, является логарифмический декремент затухания колебаний [!]•
Эксперимент проходит по следующим направлениям:
Вариант 1): жёсткий стержень (имитация силового привода на базе материала с (ЭПФ) и демпфирующий элемент (рессора);
Вариант 2): введение гидроцилиндра и резинового шланга (с учетом идентичности).
Условия проведения:
а) варьирование нагрузки Р от 8 до 20 кг на вылете максимальном вылете манипулятора Ь=1 м; (согласно критерию подобия по Фрудо);
б) варьирование жесткости рессоры (за счет количества листов), (вариант
1);
в) изменение давления в гидросистеме (вариант 2).
По полученным осциллограммам были найдены значения логарифмического декремента затухающих колебаний 5 (1)
3 = \п- = \п-
У \ У
У
(1)
где у - максимальное отклонение , мм; у1 - последующее отклонение , мм; А - разница между пиками амплитуд , мм.
Результаты оформлены в виде графиков (рис. 3) и (рис. 4).
51
0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0
■-
♦ 5листов —о- - 4 листа
10
15
20
25
Р, кг
0
5
Рисунок 3 - Зависимость изменения логарифмического декремента колебаний 5 с нагрузкой на манипулятор Р при демпфирующем элементе (рессора)
О 5 10 15 20 25
Рисунок 4 - Зависимость изменения логарифмического декремента колебаний 5 с нагрузкой на манипулятор Р с применением гидравлики
После сравнения варианта 1 и варианта 2, результаты полученные в данном эксперименте позволяют сделать вывод о том, что характер изменения логарифмического декремента затухания от нагрузки различный. Из рис.3 видно, что 5 от увеличения нагрузки уменьшается. Разница между Р=8кг и Р=20кг составила 0,195 (5 листов) и 0,209 (4 листа). График (рис. 4) показывает, что 5 от увеличения нагрузки вначале увеличивается от Р=8кг до Р=12кг на 0,115 (1МПа) и 0,11 (2 МПа), затем уменьшается от Р=12 кг до Р=20 кг на 0,165(1МПа) и 0,230 (2 МПа). Вариант 1 (рессора и гидроцилиндр на базе материалов с ЭПФ) работает эффективней с малой нагрузкой, чем вариант 2 (гидроцилиндр и РВД) на 6%-23% , но хуже с большей нагрузкой - от 12% до 35%.
На рис. 5 приведено отношение , т.е. эффективность гашения коле-
баний сравниваемых вариантов, или во сколько раз вариант 1 эффективней варианта 2.
Рисунок 5 - Эффективность гашения колебаний сравниваемых вариантов
Следует отметить, что при внедрении силовых элементов на базе материалов с ЭПФ такой эффективный элемент демпфирования как гидросистема отсутствует, а следовательно демпфирующий элемент (рессора) должен быть эффективной альтернативой ей. Трение между листами рессоры способствует затуханию колебаний подрессоренной конструкции, слишком большое трение увеличивает жесткость и тем самым ухудшает качество работы.
Отсюда следует, что применение системы силового привода на базе материалов с ЭПФ с демпфером - рессора (при оптимальном подборе рабочих параметров и с учетом критических нагрузок) может способствовать эффективному гашению свободных колебаний технологического оборудования.
Литература
1. Бутенин Н. В., Меркин Д. Р., Лунц Я. Р. Курс теоретической механики: Т. 2.: - М.: Наука, 1985. - 496 с.
2. Дроздовский Г.П., Андронов И.Н. Коновалов М.Н. Использование материалов с эффектом памяти формы в гидроцилиндрах системы гидропривода лесных машин. //Обоснование технических решений и параметров лесосечных машин. Поддержание и восстановление их потенциальных свойств: сб. ст./.- С-Пб.: СПбГЛА, 2003. - С. 42 - 47.
