CC BY
27
УДК 630*377.45 А.А. Сидоров
ИССЛЕДОВАНИЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ МАНИПУЛЯТОРА С ДЕМПФИРУЮЩИМ УСТРОЙСТВОМ
В ГИДРОСИСТЕМЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭВМ
На основании имитационной модели работы манипулятора проведен компьютерный эксперимент, в котором по заданным входным параметрам определены временные зависимости давления в основных элементах гидросистемы.
Ключевые слова: манипулятор, демпфер, модель, гидросистема, компьютер.
A.A. Sidorov
RESEARCH OF OPERATION OF THE MANIPULATOR WITH DAMPING DEVICE IN HYDROSYSTEM WITH COMPUTER APPLICATION
The article shows that on the basis of the imitative model of the manipulator operation, computer experiment in which time dependences of pressure in the hydrosystem basic elements are defined on the set entry parametres is conducted.
Keywords: manipulator, dash-pot, model, hydrosystem, computer.
Разработана универсальная математическая модель функционирования манипулятора, оснащенного демпфером. При создании модели ориентировались на возможность моделирования манипуляторов, серийно выпускаемых Майкопским машиностроительным заводом, в частности ЛВ-184А-06 и ЛВ-110.
В рамках модели воспроизводились физические процессы, происходящие в механической и гидравлической подсистемах манипулятора, оснащенного демпфером. Устройство описывалось системой дифференциальных и алгебраических уравнений. Решение системы уравнений производилось путем численного интегрирования [1, 2], при этом получаются временные зависимости основных параметров, характеризующих работу манипулятора и демпфера: давлений в поршневой и штоковой полостях гидроцилиндра Pп(t) и Рш(0, угла подъема стрелы а(/), а также положения плунжера демпфера хд(^.
Разработанная модель, благодаря своей универсальности, предоставляет широкие возможности для изучения влияния большого количества параметров модели на эффективность демпфирования всплесков давления в гидросистеме.
Систематическое исследование влияния на выходные характеристики основных входных параметров заключалось в следующем. Каждый из параметров поочереди меняли в некотором интервале, с некоторым шагом Д, в то время как остальные параметры оставались неизменными и имели базовые значения. Для каждого получающегося набора параметров проводили отдельный компьютерный эксперимент. Каждый из параметров варьировали, как правило, по 21 -му уровню, чтобы четко определить вид получающейся зависимости. Данный подход позволил получить зависимости от отдельных параметров выходных характеристик, в первую очередь РПШ(^) и ^). На этапе систематических исследований выполнено пять
серий компьютерных экспериментов. В рамках каждой серии проведено от двух до 21 эксперимента.
Для первичной проверки работоспособности модели и проверки согласованности получаемых результатов в компьютерном и натурном экспериментах был проведен компьютерный эксперимент с наиболее типичными значениями всех входных параметров (в дальнейшем будем называть этот эксперимент "базовым").
Для базового эксперимента выбрали следующие значения входных параметров: Pгн = 20 МПа; Оном = 1330 см3/с; mG = 600 кг; mc = 250 кг; ктс = 100000 Н'м^с/рад; LG = 6115 мм; Ьс = 2700 мм; Ь\ = 450 мм;
Ьвх = 320 мм; Ьву = 1300 мм; Ог = 100 мм; Ф = 63 мм; Ьг = 670 мм; Ьп = 100 мм; Ьш = 900 мм; Ьк = 160 мм; тД = 1 кг; кД = 1000 Н'с/м; Н = 45 мм; аП = 42 мм; аШ = 35 мм; Од = 65 мм; Ьцп = Ьцш = Ьдп = Ьдш = 95 мм; Ьд = 120 мм; кгнп = кгНП1 = кгНП2 = кгнш = кгНШ1 = кгНШ2 = кпА = кп1А = кшА = кш1А = кпп1 = кпп2 = кшШ1 = кшШ1 = 2'10-6; Е = 108 Па/м3.
При проведении базового эксперимента получены следующие зависимости давлений Рп и Рш от времени (рис. 1).
Рис. 1. Результаты базового эксперимента
Полученные зависимости хорошо согласуются с результатами натурного эксперимента. Модель адекватно воспроизводит как переходные процессы, возникающие в гидросистеме при смене режимов работы ("подъем"-"остановка", "опускание"-"остановка"), так и плавные изменения давления в течение одного режима.
Дальнейшие исследования заключались в том, чтобы, изменяя различные входные параметры модели вблизи базовых значений, наблюдать за изменением результатов моделирования по сравнению с базовым экспериментом.
Для того чтобы оценить, насколько эффективно демпфирующее устройство сглаживает скачки давления в гидросистеме, провели два компьютерных эксперимента. В первом эксперименте ("без демпфера") модель гидравлической подсистемы не содержала демпфера, что было реализовано обнулением коэффициентов дросселирования ктт, кгНП2, кгНШ1, кгНШ2, кп1А, кш1А, кпп1, кпп2, кшш1, кшш1. В качестве второго эксперимента ("с демпфером") выступал базовый эксперимент, в котором модель гидравлической подсистемы содержала демпфер с типичными параметрами.
Как предполагалось, на этапе проектирования демпфера его использование позволяет сгладить импульсы давления в гидросистеме (рис. 2). При этом достигаются две цели: практически полностью устраняются высокочастотные колебания давления, возникающие при смене режима работы, а также снижается пиковое давление, которое может вызвать повреждение гидросистемы, в частности, отсоединение или разрыв соединительных шлангов.
Ри, МПа
без демпфера
1/V'' 1
—і с демпфером —і .
Рии МПа
без демпфера
—і Илл^—
с демпфером ' поит
2 4
8 10 12 1 с
2 4
8 10 12 1 с
Рис. 2. Сглаживание высокочастотных колебаний давления при использовании демпфера
Использование демпфера позволяет существенно снизить пиковое давление в магистрали поршневой полости гидроцилиндра с 95 до 52 МПа (на 47 %); а в магистрали штоковой полости с 40 до 30 МПа (на 25%).
Основным параметром, определяющим эффективность работы демпфера, является диаметр Фк дросселирующих каналов плунжера. Для того чтобы изучить влияние диаметра Фк на эффективность работы
0
6
0
6
демпфера, была проведена серия из 21 компьютерного эксперимента, в рамках которой Ск изменяли от 0 до 10 мм с шагом 0,5 мм. Диаметр Ск связан с коэффициентами дросселирования, непосредственно учитываемыми в модели, следующим образом [3]:
к - - К
4
где к - коэффициент дросселирования (в частности, кп2пі или кш2ші);
р - коэффициент расхода, зависящий от параметров рабочей жидкости и формы дросселирующего канала.
По результатам компьютерных экспериментов построена зависимость максимального давления в гидросистеме от параметра Фк (рис. 3).
Рт
МПа -
\
80- • \
60- \ чв
°-°чп
40- °Ч
чо-о*°
2 00 і . і і ■ і ■
Рп
''о-о-о-о-о-о-о-о
'Рі
Ш
6 8 ¿К, мм
о
2
4
Рис. 3. Влияние диаметра дросселирующих каналов на пиковое давление в гидросистеме
На зависимостях Рптах(Ск) и Рштах(Ск) наблюдается минимум при значениях диаметра в интервале 4,0—4,5 мм для Рп и в интервале 2,0—2,5 мм для Рш. Высокие значения Ртах при малом диаметре Ск связаны с тем, что рабочая жидкость в ходе быстропротекающего переходного процесса не успевает протекать по дросселирующим каналам, и демпфер оказывается практически исключенным из гидросистемы. Как видно из зависимостей Рп(0 и Рш(9 при Ск = 1 мм (рис. 4, нижние графики), высокочастотные колебания давления, возникшие в результате переходного процесса, не устраняются, то есть давление в гидросистеме меняется практически так же, как и без демпфера.
Рп, МПа
50
25
0
25
0
50
25
Р4——1 ¿к = 7 мм
¿К = 1 мм №
Vм \Т 1
2 4 6 8 10 12
Рис. 4. Влияние диаметра дросселирующих каналов на всплески давления в гидросистеме
С другой стороны, при увеличении Фк от 3 до 4 мм также происходит рост пикового давления Ртах. По-видимому, это связано с тем, что скачки давления, возникающие при смене режимов работы манипулятора, приводят к быстрому перемещению плунжера внутри демпфера, практически не встречающему препятствия в виде запертой жидкости. Однако при этом не происходит гашения гидродинамической энергии в гидросистеме, поэтому пиковое давление в момент смены режима остается практически таким же, как и в отсутствии демпфера (рис. 4, верхние графики). В то же время, свободное перемещение плунжера позволяет сгладить
о
г, с
высокочастотные колебания давления и на зависимостях Р(/) присутствует один широкий пик, а не несколько затухающих пиков.
Таким образом, оптимальный диаметр дросселирующего канала, при котором демпфер не оказывается "запертым" и в то же время хорошо гасит импульсы давления, составляет около 4 мм.
Литература
1. Советов, Б.Я. Моделирование систем: учеб. пособие / Б.Я. Советов, С.А. Яковлев. - М.: Высш. шк., 1998. - 319 с.
2. Моделирование сельскохозяйственных агрегатов и их систем управления: учеб. для вузов / под ред. А.Б. Лурье. - Л.: Колос. Ленингр. отд-ние, І979. - 312 с.
3. Абрамов, Е.И. Элементы гидропривода / Е.И. Абрамов, К.А. Колесниченко, В.Т. Маслов. - Киев: Техника, 1977. - 320 с.
УДК 338.11(571.12) А.М. Костырин
РЕГИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА ТЮМЕНСКОГО РЕГИОНА
В статье рассматриваются особенности воспроизводства и функционирования основных фондов в сельском хозяйстве Российской Федерации и Тюменского региона.
Показано, что отраслевая структура малого бизнеса на территориях является первым отражением становления местного рынка, потребительских возможностей населения и новых хозяйствующих субъектов.
Ключевые слова: Тюменский регион, агропромышленный комплекс, структура, экономика, малый бизнес.
A.M. Kostyrin REGIONAL PECULIARITIES OF AGRO INDUSTRIAL COMPLEX DEVELOPMENT IN TYUMEN REGION
Peculiarities of reproduction and functioning of fixed capital in agriculture of the Russian Federation and Tyumen region are considered in the article.
It is shown that the branch structure of a small-scale business of the territories is the first reflexion of formation of the local market, consumer possibilities of the population and the new managing subjects.
Keywords: Tyumen region, agro industrial complex, structure, economy, small-scale business.
Тюменская область, исходя из анализа структуры сельскохозяйственного производства, уменьшила свой потенциал на 18%. В часности, землепользователи сельхозпроизводства в 1991 году занимали 3772,0 тыс. га, на начало 2006 года - 3119,2 тыс. га, а сельскохозяйственные организации в 1991 году занимали 3727 тыс. га., в 2006 году уже 1б90,7 тыс. га, то есть уменьшение составило 54,6%. Однако в личном пользовании граждан в 1991 году находилось 22,5 тыс. га, в 2006 году эта цифра увеличилась до 654,2 тыс. га., таким образом увеличение составило 29%. Доля крестьянских (фермерских) хозяйств в 2006 году в сравнении с 1991 годом увеличилась в 780 раз [1].
В 2007 году в Тюменской области было выпущено продукции сельского хозяйства на 33030,1 млн руб., что в 2,34 раза выше по сравнению с 2002 годом, в том числе 14009,3 млн руб. сельскохозяйственными организациями, что в 2,46 раза выше, чем в 2002 году, крестьянскими (фермерскими) хозяйствами и индивидуальными предпринимателями - 1224,6 млн руб., что в 2,74 раза выше, чем 2002 года.
Положительные результаты Тюменского региона объясняются следующими обстоятельствами, с одной стороны, Тюменская область является составной частью Уральского региона, а, с другой стороны, она представляет восточные районы Сибири, где природно-климатические условия производства сельскохозяйственной продукции существенно суровее, чем в европейской части России. Поэтому инвестиции в основной капитал должны быть значительно выше, чем в целом по России. Если в 2005 году основной капитал на душу населения в России составил 24694 руб., то в Тюменской области 125465 руб. [2].
