CC BY
23
Шамутдинов А. Х.
Кандидат технических наук, Омский автобронетанковый инженерный институт ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОРИГИНАЛЬНОЙ ЧАСТИ
ШЕСТИКООРДИНАТНОГО МАНИПУЛЯТОРА
Аннотация
В данной статье экспериментально исследованы статические характеристики оригинальной части шестикоординатного манипулятора (ОЧШМ), установлены её значения на примере макета при нагрузке P=0...2000 H.
Ключевые слова: макет оригинальной части манипулятора, жесткость несущей системы, динамометр, коэффициент жесткости.
Shamutdinov A.H
Candidate of Technical Sciences, Omsk Tank-Automotive Engineering Institute EXPERIMENTAL STUDY OF THE STATIC CHARACTERISTICS THE ORIGINAL PART MANIPULATOR WITH SIX-
DEGREE OF FREEDOM
Abstract
In this paper, experimental study of the static characteristics of the original part of manipulator with six-degree offreedom, it value determined by the example of the layout when the load in the range P = 0...2000 H
Keywords: original layout of the manipulator, the stiffness of the support system, the dynamometer, stiffness.
Жесткость несущей системы рассматриваемого технологического оборудования [1, 2, 3] зависит от геометрических параметров, от положения подвижной платформы в рабочем пространстве [4, 5].
Схема макета оригинальной части исследуемого манипулятора представлена на рис. 1, а схема стенда нагружения и измерения упругих перемещений в направлении оси z на рис. 2. Нагружение производилось образцовым динамометром ДОСМ -3-0,2 с диапазоном нагрузок 0-2000 Н в плоскости YOZ в направлении оси Z (рис. 1). Увеличение нагрузки происходило ступенчато в интервале от 0 до 2000 Н, с последующей ступенчатой разгрузкой. Цикл нагружение - разгружение осуществлялся по три раза в каждом направлении при различных положениях подвижной платформы. Измерения производились в каждом из положений (I - min длина стержней и II - max длина стержней) в двух точках (плоскость XOY) рабочего стола (рис. 1, 2). Это позволило получить полную картину перемещений подвижной платформы под нагрузкой. Измерение упругих перемещений осуществлялось с точностью до 0,01 мм. Значения силы и соответствующие перемещения, полученные при испытаниях, представлены графически (рис. 3, 4): для точки 1 графики а) и для точки 2 - графики б).
Позиции на рис. 1: 1 - Поворотный стол; 2 - Левый стержень (двигатель поступательного перемещения); 3 - Правый стержень (двигатель поступательного перемещения); 4 - Наклонная платформа; 5 - Опорно-поворотное устройство; 6 - Верхний стержень (двигатель поступательного перемещения); 7 - Стойки; 8 - Рабочий стол; 9 - ось вращения манипулятора.
Позиции на рис. 2: 1 - ОЧШМ; 2 - Стойка с индикатором; 3 - Динамометр с индикатором; 4 - Домкрат (I - гидравлический, II - винтовой).
Анализируя графики на рис. 4-5, определяем максимальные значения упругих перемещений рабочего стола ОЧШМ под воздействием сжимающей (растягивающей) силы Р = 0...2000 Н: а) сжатие, Amax=0,47 мм, растяжение, Amax=0,45 мм; б) растяжение, мм, Дшах=0,48 мм.
111
I)
1
2
3
4
п)
Рис. 2. Общий вид стенда для снятия статических характеристик:
I) при минимальной длине стержней, II) при максимальной длине стержней
а)
б)
Зависимость перемещения от нагрузки при сжатии
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
Нагрузка, Н
□ При нагружении О При разгружении
Рис. 3. Зависимости перемещения подвижной платформы от нагрузки при минимальной длине стержней ОЧШМ
1
2
3
4
112
Зная величину смещения Дшах под действием силы Р = 2000 Н найдем значения коэффициентов жесткости для ОЧШМ:
P
2000
Cmin
= 3,81-106 — с =
H
A max 0,525 -10
-3
P
2000
м
A max 0,47-10
-3
= 4,25 -106 H
м
- при
P
2000
Cmin
Amax 0,48-10
-3
= 4,16 -106 H C„,.- =
м
P
растяжении.
Средние значения жесткости будут:
= 3,98 -106 H г = 4,34 -106 H
м
м
A max 0,45 -10
2000 = 4,44-106 H
м
-3
при
а)
Зависимость перемещения от нагрузки при сжатии (верхняя точка рабочей зоны-т.1)
§ ' аГ S X О)
3" 0,3 " О) § О) а. О)
0 200 400 600 800 1000 12 Нагрузка, Н □ При нагружении О При разг 00 14 ружении 00 1600 1800 2000
б)
Рис. 4. Зависимости перемещения подвижной платформы от нагрузки при максимальной длине стержней ОЧШМ
ВЫВОДЫ:
1. Экспериментально установлено - жесткость ОЧШМ имеет наибольшее значение при минимальной высоте манипулятора, в вертикальной плоскости, что не противоречит положениям теории упругости;
2. Опорно-поворотное устройство ОЧШМ имеет жесткость сравнимую с жесткостью рабочего стола, что объясняется тем, что жесткость ОЧШМ составляет совокупность трех элементов: опорно-поворотное устройство, наклонная платформа и поворотный стол;
Cmn = 3,98 - 10б H Cmax=4,34 - 10* H
3. Установлены средние значения жесткости макета манипулятора: м , м ,
что позволяет применить эксплуатационные возможности оборудования в конкретных условиях.
113
Литература
1. Пат. ПМ №120599 РФ, МПК B25J1/00. Пространственный механизм. / П.Д. Балакин, А.Х. Шамутдинов -№2011153160/02; Заявлено 26.02.2011; Опубл. 27.09.2012, Бюл. №27. - 2 с.: ил.
2. Балакин П.Д., Шамутдинов А.Х. Схемное решение механизма шестикоординатного манипулятора // Международный научно-технический журнал ISSN 2303-9869. - Екатеринбург, ООО «Имплекс». - 2013. - Ч.1 №6(13) - С.97-99.
3. Балакин П.Д., Шамутдинов А.Х. Исследование жесткости механизма шестикоординатного манипулятора // Международный научно-технический журнал ISSN 2303-9869. - Екатеринбург, ООО «Имплекс». - 2013. - Ч.1 №6(13) - С.99-102.
4. Евстигнеев В.Н., Левина З.М. Оценка компоновок многоцелевых станков по критерию жесткости // Станки и инструменты. - 1986. - №1 С. 5-7.
5. Каминская В.В., Гринглаз А.В. Расчетный анализ динамических характеристик несущих систем станков // Станки и инструменты. - 1989. - №2. С. 10-13.
Шамутдинов А. Х.
Кандидат технических наук, Омский автобронетанковый инженерный институт ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОРИГИНАЛЬНОЙ ЧАСТИ
ШЕСТИКООРДИНАТНОГО МАНИПУЛЯТОРА
Аннотация
В данной статье экспериментально исследованы динамические характеристики оригинальной части шестикоординатного манипулятора (ОЧШМ), с целью применения его эксплуатационных свойств в технологическом оборудовании.
Ключевые слова: макет оригинальной части манипулятора, виброанализатор «Диана 2М», вибродатчик, временная реализация свободных колебаний, логарифмический декремент затухания колебаний.
Shamutdinov A.H.
Candidate of Technical Sciences, Omsk Tank-Automotive Engineering Institute
EXPERIMENTAL STUDY OF DYNAMIC CHARACTERISTICS THE ORIGINAL PART MANIPULATOR WITH SIX-
DEGREE OF FREEDOM
Abstract
In this paper, experimental investigations of the dynamic characteristics of the original part of manipulator with six-degree of freedom and use its performance in the process equipment.
Keywords: original layout of the manipulator, vibration analyzer "Diana 2M", the shock sensor, the temporal realization of free oscillations, the logarithmic decrement of oscillations.
Установка состояла из оригинальной части шестикоординатного манипулятора (ОЧШМ - 1, 2, 3) [1, 2, 3], основания 4, двигателя 5 с эксцентриком 7, вольтметра 8 и аттестованного виброанализатора «Диана-2М» 9 с вибродатчиком 6 (рис. 1). Для устойчивости ОЧМ была закреплена на основании 4 четырьмя болтами. Таким образом, исключались сдвиги и наклоны ОЧШМ под действием сил его тяжести и возбуждающей силы, возникающей при вращении эксцентрика. Для определения собственных частот ОЧШМ использовался способ мгновенного приложения нагрузки, когда колебания возбуждались ударом. При помощи эксцентрикового возбудителя колебаний 7, задающего гармонические вынужденные колебания в переходном режиме (при пуске - остановке), частота изменялась в широком диапазоне путем изменения напряжения, контролируемого вольтметром 5, что позволяло определить, в том числе, значения резонансных частот. Для получения полной картины поведения ОЧШМ под нагрузкой было рассмотрено два этапа исследований:
I этап: колебания производились в плоскости XOY (рис. 1), II этап: колебания производились в плоскости YOZ (рис. 2). В каждом этапе, исследуемых положений ОЧШМ было два: 1) ОЧМ при минимальной длине стержней; 2) ОЧМ при максимальной длине стержней. В каждом из этих положений вначале создавалась ударная нагрузка на рабочий стол (РС) и опорно-поворотное устройство (ОПУ) ОЧШМ и, с помощью виброанализатора Диана-2М, снимались показания (графики) временной реализации колебаний. Анализ временных реализаций позволил определить период и частоту собственных колебаний ОЧШМ различных конфигураций.
Позиции на рис. 1: 1 - Рабочий стол ОЧМ; 2 - Опорно-поворотное устройство ОЧШМ; 3 - Наклонная платформа ОЧШМ; 4 - Основание; 5 - Эл/двигатель; 6 - Вибродатчик; 7 - Эксцентрик; 8 - Вольтметр; 9 - Виброанализатор «Диана-2М».
Позиции на рис. 2: 1 - Эл/двигатель; 2 - Рабочий стол ОЧШМ; 3 - Вибродатчик; 4 - Опорно-поворотное устройство ОЧШМ; 5 - Наклонная платформа ОЧШМ; 6 - Вольтметр; 7 - Виброанализатор «Диана-2М»; 8 - Эксцентрик.
1
2
3
4
)
б)
Рис. 1. Колебания в плоскости XOY. ОЧШМ при минимальной длине стержней: а) датчик на рабочем столе; б) датчик на
ОПУ
114
