Экспериментальное исследование статической жесткости оригинальной части шестикоординатного манипулятора Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.01

П. Д. БАЛАКИН А. X. ШАМУТДИНОВ Д. С. ЗВЕЗДИН

Омский государственный технический университет

Омский автобронетанковый инженерный институт

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКОЙ ЖЕСТКОСТИ ОРИГИНАЛЬНОЙ ЧАСТИ ШЕСТИКООРДИНАТНОГО МАНИПУЛЯТОРА

В данной статье экспериментально исследована статическая жесткость оригинальной части шестикоординатного манипулятора (ОЧШМ), установлены её значения на примере макета при нагрузке в диапазоне Р=0...2000 Н, что позволяет применить эксплуатационные возможности данного оборудования в машиностроении. Ключевые слова: макет оригинальной части манипулятора, жесткость несущей системы, динамометр, коэффициент жесткости, упругие перемещения.

Жесткость несущей системы рассматриваемого технологического оборудования [1—3] зависит от геометрических параметров, от положения подвижной платформы в рабочем пространстве [4 — 6].

Целью данной серии экспериментов является определение влияния жесткости системы на величину и характер упругих перемещений рабочего стола в различных его положениях в пределах рабочей зоны.

Схема макета оригинальной части исследуемого манипулятора представлена на рис. 1. Измерения производились в каждом из положений (I и II) в двух точках (плоскость ХОУ) рабочего стола —1 и 2. Это позволило получить полную картину перемещений подвижной платформы под нагрузкой. Измерение упругих перемещений осуществлялось с точностью до 0,01 мм.

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.

Схема нагружения и измерения упругих перемещений, в направлении оси z, представлена на рис. 2. Нагружение производилось образцовым динамометром ДОСМ-3-0,2 с диапазоном нагрузок 0 — 2000 Н в плоскости YOZ в направлении оси Z. Индикатор закреплялся при помощи специальной магнитной стойки, а измерительный наконечник упирался в под-

Рис. 1. Схема макета оригинальной части исследуемого манипулятора

Рис. 2. Схема нагружения

о

го >

4

3

5

I)

II)

Рис. 3. Общий вид стенда для снятия статических характеристик:

I) при минимальной длине стержней,

II) при максимальной длине стержней

Зависимость перемещения от нагрузки при сжатии (нижняя точка рабочей зоны-т.1)

Нагрузка, Н

При нагружении О При разгружении

1

1

2

0,5

0,4

, 0,3

0,2

0,1

0

0

а

б

Рис. 4. Зависимости перемещения подвижной платформы от нагрузки при минимальной длине стержней ОЧШМ

Зависимость перемещения от нагрузки при сжатии (верхняя точка рабочей зоны-т.1)

Нагрузка, Н

□ При нагружении О При разгружении

а

б

Рис. 5. Зависимости перемещения подвижной платформы от нагрузки при максимальной длине стержней ОЧШМ

Таблица 1

Вид деформации min длина стержней max длина стержней

Amax, мм

Сжатие 0,47 0,45

Растяжение 0,525 0,48

вижную платформу таким образом, что ось наконечника индикатора находилась на прямой с осью домкрата. Цикл нагружение — разгружение осуществлялся по три раза в каждом направлении при различных положениях подвижной платформы. Положение рабочего стола манипулятора изменялось ступенчато от минимальной высоты Н . = 436 мм (положение I)

min v '

до максимальной Hmax = 496 мм (положение II).

Позиции на рис. 2: 1 — опорная поверхность; 2 — ОЧШМ; 3 — стойка-опора; 4 — магнитная стойка с индикатором; 5 — домкрат.

Позиции на рис. 3: 1 — ОЧШМ; 2 — стойка с индикатором; 3 — динамометр с индикатором; 4 — домкрат (I — гидравлический, II — винтовой).

В качестве опорной поверхности 1 использовался стол фрезерного станка. Стойка-опора 3 использовалась для придания ОЧШМ устойчивого положения при нагружении домкратом 5.

Значения силы и соответствующие перемещения, полученные при испытаниях, представлены графически (рис. 4, 5): для точки 1 — графики а) и для точки 2 — графики б).

о

го

Анализируя графики на рис. 4, 5, определяем максимальные значения упругих перемещений рабочего стола ОЧШМ под воздействием сжимающей (растягивающей) силы Р = 0...2000 Н и сводим их в табл. 1. Зная величину смещения Ашах (табл. 1) под действием силы Р = 2000 Н найдем значения коэффициентов жесткости для ОЧШМ:

cmm =-^-3 = 3,81.106 H mm 0,525 • 10-3 м ,

2000 6H

-т = 4,25 • 10--при сжатии,

0,47 • 10-3 м

Cmin = = 4,16.106 H ,

2000

0,48 • 10-

Г г

= 4,44 • 106 H

при растяжении.

0,45 • 10 3 м

Средние значения жесткости будут:

TT TT

= 3,98 • 106 H , c = 4,34 • 106 h

строительного производства, в частности — в суппортной группе металлорежущих станков и манипу-ляционных системах роботов.

Библиографический список

1. Балакин, П. Д. Схемное решение механизма пространственного манипулятора / П. Д. Балакин, А. X. Шамутдинов// Омский научный вестник. — 2012. — №2 (110). — С. 65 — 69.

2. Балакин, П. Д. Исследование жесткости пространственного механизма / П. Д. Балакин, А. X. Шамутдинов // Омский научный вестник. — 2012. — №3 (113). — С. 44-48.

3. Пат. № 120599 Российская Федерация, МПК В 25 J 1/00. Пространственный механизм / Балакин П. Д., Шамутдинов А. X.; заявитель и патентообладатель Омский гос. тех. ун-т. — № 2011153160/02 ; заявл. 26.02.11 ; опубл. 27.09.12, Бюл. № 27. — 1 с.

4. Евстигнеев, В. Н. Оценка компоновок многоцелевых станков по критерию жесткости / В. Н. Евстигнеев, З. М. Левина // Станки и инструменты. — 1986. — № 1. — С. 5-7.

5. Каминская, В. В. Расчетный анализ динамических характеристик несущих систем станков / В. В. Каминская, А. В. Грин-глаз // Станки и инструменты. — 1989. — № 2. — С. 10-13.

6. Левин, А. И. Математическое моделирование в исследованиях и проектировании станков / А. И. Левин. — М. : Машиностроение, 1978. — 184 с.

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.

3. Установлены средние значения жесткости макета

— —

манипулятора: с^ = 3,98 • 106 — , сшах = 4,34 • 106 — ,

м м

что позволяет применить эксплуатационные возможности оборудования в конкретных условиях машино-

БАЛАКИН Павел Дмитриевич, доктор технических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой «Теория механизмов и машин» Омского государственного технического университета, член-корреспондент Академии высшей школы. ШАМУТДИНОВ Айдар Харисович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Техническая механика» Омского автобронетанкового инженерного института (ОАБТИИ).

ЗВЕЗДИН Дмитрий Сергеевич, кандидат технических наук, доцент (Россия), заведующий кафедрой «Техническая механика» ОАБТИИ. Адрес для переписки: 1972id@list.ru

Статья поступила в редакцию 05.03.2014 г. © П. Д. Балакин, А. Х. Шамутдинов, Д. С. Звездин

Книжная полка

62-8/Н62

Никитин, О. Ф. Рабочие жидкости и уплотнительные устройства гидроприводов : учеб. пособие для вузов по направлению 150800 «Гидравлическая вакуумная и компрессорная техника» специальности 150801 «Гидравлические машины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика» / О. Ф. Никитин. — М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2013. — 284 c. — ISBN 978-5-7038-3664-4.

Изложены современные сведения о рабочих жидкостях и уплотнительных устройствах, применяемых в гидроприводах различного назначения. Учебное пособие состоит из двух частей. Первая посвящена применяемым в гидроприводах рабочим жидкостям. Приведен обзор их физико-химических, эксплуатационных и экологических свойств; сведения о перспективных направлениях применения экологически безопасных рабочих жидкостей. Большое внимание уделено вопросам эксплуатации рабочих жидкостей в составе гидроприводов, особенно их чистоте. Во второй части, посвященной уплотнительным устройствам гидроприводов, нашли отражение основные направления, методы выбора и применения уплотнительных устройств для обеспечения герметичности на всех стадиях жизненного цикла гидроприводов. Учебное пособие составлено на основе курса лекций, читаемого автором в МГТУ им. Н. Э. Баумана. Для студентов старших курсов, изучающих вопросы проектирования, производства и эксплуатации гидроприводов различного назначения. Может быть полезно специалистам в области создания и эксплуатации гидроприводов.

c

м

c

м

м