CC BY
89
УДК 62-822, 630*323.13
ИССЛЕДОВАНИЕ НАГРУЖЕННОСТИ ПРОСТРАНСТВЕННО-ПРИВОДНОГО МЕХАНИЗМА ЗАХВАТНО-СРЕЗАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА
Ласточкин Денис Михайлович к.т.н.
UDC 62-822, 630*323.13
RESEARCH OF LOADING LEVEL OF A DRIVING MECHANISM OF FELLING HEAD
Lastochkin Denis Mihajlovich Cand.Tech.Sci.
Онучин Евгений Михайлович к.т.н., доцент
Поволжский государственный технологический университет, Йошкар-Ола, Россия
В работе представлены описание методики и результаты экспериментальных исследований нагруженности пространственно-приводного механизма захватно-срезаюгцего устройства лесозаготовительной машины
Onuchin Evgenij Mihajlovich
Cand.Tech.Sci., associate professor
Volga State University of Technology, Ioshkar-Ola,
Russia
The article presents the description of the method and the results of the experimental research of loading of driving mechanism of felling head of a forest machine
Ключевые слова: ЗАХВАТНО-СРЕЗАЮЩЕЕ Keywords: FELLING HEAD, DRIVING
УСТРОЙСТВО, ПРИВОДНОЙ МЕХАНИЗМ, MECHANISM, FOREST MACHINES
ЛЕСОЗАРОТОВИТЕЛЬНАЯ МАШИНА
Описание экспериментального образца
Повышение существующего уровня машинизации рубок ухода требует разработки и создания более эффективных видов лесозаготовительного оборудования и машин, полностью или частично исключающих использование ручного труда [1]. Для этого была разработана конструкция и изготовлена модель захватно-срезающего устройства (ЗСУ) с пространственно-приводным механизмом (ППМ), параметры которого были выбраны с учетом параметра дерева, срезаемого при рубках ухода в молодняках (Рисунок 1) [2]. Конструкция ЗСУ с пространственно-приводным механизмом (Рисунок 1) включает: стойку 1 с механизмами срезания 2 и зажима дерева 3, соединённые при помощи карданного шарнира 4 с подрамником 5, приводных гидроцилиндров 6 наклона стойки в продольной и поперечной плоскостях, концы которых закреплены при помощи шаровых шарниров 7 [3].
Рисунок 1 - Экспериментальный образец ЗСУ на задней навеске трактора Т-25
Для приведения в действие ЗСУ предусмотрено два гидроцилиндра, которые расположены под углом друг к другу, их штоки сведены вместе и соединены со стойкой ЗСУ. Гидроцилиндры являются единственным средством движения ЗСУ как в продольной, так и в поперечной плоскостях относительно верхней точки подвеса. Цилиндры вместе с участком стойки ЗСУ образуют пространственный приводной механизм в виде треугольной пирамиды с двумя гидроцилиндрами в качестве ведущих звеньев.
Образец ЗСУ с пространственно-приводным механизмом (рисунок 2) был приспособлен под заднюю навеску трактора Т-25. С помощью гидроцилиндра, который заменял верхнюю тягу навески, ЗСУ наклонялось в продольной плоскости машины при пакетировании дерева и при переводе ЗСУ с транспортного в рабочее положение и обратно. Привод ЗСУ подключается к гидравлической системе трактора с добавлением дополнительного трехсекционного гидрораспределителя с управлением из кабины.
Рисунок 2 - Экспериментальный образец ЗСУ в работе
Технические параметры ЗСУ:
- высота стойки - 1,0 м;
- длина стрелы - 0,7 м;
- высота подрамника - 0,7 м;
- диаметр дерева min/max - 0,10/0,25 м;
- длина приводных гидроцилиндров- 0,7- 1,0 м;
- масса ЗСУ - 320 кг.
В конструкции изготовленного экспериментального образца ЗСУ, для упрощения эксплуатации, изначально была предусмотрена максимальная унификация с гидросистемой несущего трактора Т-25 (Рисунок 3). Для этого параллельно основному двухзолотниковому гидрораспределителю был установлен дополнительный трехсекционный гидрораспределитель.
Дополнительный гидрораспределитель подсоединялся к свободному выходу штатного гидрораспределителя, а сливная линия подсоединялась к сливному отверстию бочка, оба штуцера переделывались под необходимые размеры. Процесс подключения дополнительного гидрораспределителя включал следующий вид работы: 1 - заглушивался слив масла с канала управления на штатном гидрораспределителе; 2 - соединялся этот канал с каналом управления на дополнительном гидрораспределителе; 3 - заглушался дроссельный канал на поршне переливного клапана дополнительного гидрораспределителя; 4 - блокировался переливной клапан дополнительного гидрораспределителя.
Подача рабочей жидкости, слив и все остальные подключения на дополнительном гидрораспределителе происходили как обычно.
6 5 7 8 9
1 - гидробак; 2 - гидронасос; 3 - базовый гидрораспределитель; 4 - дополнительный э гидрораспределитель; 5 - гидромотор пилы; 6 - силовой (подъемный) гидроцилиндр; 7 - гидроцилиндр зажимного рычага; 8, 9 - приводные гидроцилиндры; 10 - датчик давления (манометр); 11 - датчик температуры; 12 - фильтр очистки
Исполнительная часть гидропривода содержит: гидромотор 5 пильного механизма ЗСУ, силовой гидроцилиндр 6 подъема и опускания ЗСУ, гидроцилиндр 7 зажима дерева, гидроцилиндры 8-9 пространственного приводного механизма ЗСУ. В напорной и сливной линиях установлены манометры 10, а в баке датчик температуры 11. Очистка рабочей жидкости осуществляется фильтром 12 с переливным клапаном.
Технология работы состоит из следующих операций: подъезд к дереву, зажим его с одновременным срезанием, перемещение его в вертикальном положении на необходимое расстояние и укладка на грунт. В процессе выполнения операций особый интерес представляет работа гидросистемы и нагруженность элементов пространственного приводного механизма ЗСУ.
Экспериментальные исследования
Для изучения характера и количественных показателей изменения давления в гидросистеме и нагруженности ЗСУ валочной машины были проведены экспериментальные исследования, в процессе которых регистрировали ряд параметров, в том числе деформацию конструкции ЗСУ и давления в магистральных приводах [4].
Измерительная аппаратура состояла из многоканального светолучевого осциллографа и тензоусилителя, размещавшихся в кабине трактора. Давление рабочей жидкости в магистрали приводных гидроцилиндров и магистрали захвата и срезания измеряли с помощью тензометрических датчиков выносного типа.
Основные задачи экспериментальных исследований сводятся к следующему:
1) проверка работоспособности и устойчивости при функционировании предложенных схемно-конструктивных решений, их корректировка и дополнительная проверка;
2) проверка надёжности в работе и достаточности подвижностей (степеней свободы шарнирных узлов);
4) исследование принципов независимого управления параллельно работающими гидроцилиндрами;
7) определение основных параметров кинематики и динамики путём измерения углов поворота и давления в гидроцилиндрах;
8) изучение динамичности и стабильности системы в переходных режимах;
9) выработка рекомендаций по дальнейшему совершенствованию схемно-конструктивных решений несущей структуры и элементов гидроуправления.
На установке измеряли давление в полостях гидроцилиндров и углы поворота. Последние параметры измеряли таким образом, чтобы оценить кинематические возможности пространственного приводного механизма, для этого определяли углы наклона стойки ЗСУ
Давление в полостях гидроцилиндров характеризует в основном динамичность системы и, в частности, наличие или отсутствие неустановившихся режимов работы.
В качестве датчиков давления использовали датчики МД-180 (220), в работу которых заложен принцип реостатного преобразования - на ползунок реостата действует мембрана, интенсивность воздействия которой прямо пропорциональна давлению в полости гидроцилиндра.
Для измерения углов поворота использовали реостатные преобразователи - проволочные резисторы переменного сопротивления, которые были оттарированы нанесением на корпус делений с указанием поворота с точностью 0,5 градуса. Тарировку датчиков давления проводили известным способом, путем нагружения модельным грузом. При поднятии груза в гидроцилиндре установки повышалось давление до расчётной величины 0...8 МПа (контролировали по манометру). Давление поочерёдно подводили к датчикам, погрешность показаний не превышала 0,2 МПа.
Тарировка датчиков углов поворота заключалась в нанесении делений (с помощью делительной головки) при развороте соответствующего элемента реостата в одну сторону и проверке полученной шкалы при возвращении этого элемента в исходное положение. Дополнительную проверку датчиков
осуществляли электрическими приборами. Погрешность показаний не превышала 0,50.
Установку проверяли при функционировании в трёх режимах:
1) при подаче давления на оба гидроцилиндра;
3) при задействовании одного гидроцилиндра.
В процессе экспериментальных исследований, кроме проверки работоспособности ЗСУ и его элементов, включение гидроцилиндров - для записи параметров - производили таким образом, чтобы удовлетворялись условия: в работе одновременно находились один или два цилиндра и при этом выявлялись кинематические возможности и повышенная динамичность системы.
Фрагменты осциллограмм, полученных при экспериментальных исследованиях, представлены на рисунке 4, где отражены процессы: опускания-поворота груза работой одним гидроцилиндром приводного механизма.
1 уе! ■О * У еи А !! [ ! 1 8 ж К ч *5?- 5*- У 1Г)= Нй - ЛотЗ 2 ппм-.а ос [Режим огран иченной функциональности! ЙЙШШ №ог<1 - “ *
Ш шш- Вставка Ра нети страницы Ссылки Рассылки Реце зирование Вид Надстройки
Рис. 7.11. Фрагменты осциллограмм, полученн^к-При-экспериментальных^
Рисунок 4 - Фрагменты осциллограмм, полученных при экспериментальных исследованиях В простом режиме работы манипулятора при выдвижении штоков (рисунок 5, а) и втягивании штоков гидроцилиндров (б) груза — работой двумя гидроцилиндрами приводного механизма, постоянно нагруженными — давлением Рш - являются штоковые полости этих цилиндров. Для опускания рабочая жидкость подаётся в поршневую полость, для подъёма - в штоковую. Этим и предопределяется характер изменения давления Рп и Рш на протяжении Ш рабочего цикла. Здесь максимальное давление (Рш > 6 МПа; рисунок 5 б) несколько меньше, что объясняется работой одновременно двух цилиндров, несмотря на менее благоприятный характер их нагружения.
Я Ут -ч. *ш шшш Ш ж к ч > ^ ^ *>> Работа с рисунками ЛотЗ_2 ГТГТМ^.с1ос [Режим ограниченной функционально.,. М ” » X
• 1 ау --—^ Главная Вставка Разметка страницы Ссылки Рассылки Рецензирование Вид Надстройки Формат
и )■ А ■ ! «■" 1 • 4 • 1 • Б • 1 ■ 6 • 1 • 7 • 1 , 8 , , . э . 1 • Ю • 1 ' 11 • 1 • 12 ■ 1 • 13 • 1 • 14 • 1 1 15
Страница: 23 из 27 Число слов: 5 773 русский Исправления: Выкл.
Лот 3_2 ППМ H-.doc ...
0—В01
12:09
Рисунок 5 - Изменение давления и вертикального угла при опускании и подъёме груза верхними
цилиндрами приводного механизма
В этом режиме работы чувствительность системы характеризуется изменением обобщённой координаты ф (угол \|/ также равен нулю); её диапазон (-10...+33°) больше по сравнению с предыдущим случаем. Рабочие циклы опускания и подъёма груза двумя верхними гидроцилиндрами также являются спокойными - без забросов давления.
Рабочий цикл манипулятора — поворот при работе одного из гидроцилиндров пространственного приводного механизма (рисунок 6). Вывод из этого режима работы следующий: экспериментально подтверждён стабильный поворот ЗСУ — без конструктивных ограничений и динамических "возмущений". Данный рабочий цикл является более напряжённым. Это подтверждается следующими данными: максимальное давление Рш в штоковой полости гидроцилиндра при движении ЗСУ в направлении \|/тах—» О достигает 6,5 МПа (рисунок 6); угловая скорость горизонтального разворота ЭСУ в конце цикла непропорционально возрастает. Поэтому при разворотах приводных гидроцилиндров в любую сторону рекомендуется ограничить скорость, что легко достижимо за счёт уменьшения подачи рабочей жидкости посредством дросселя.
! <£айл Редактор Выделить Вид Вставка Инструменты Спецификация сервис Окно Справка Библиотеки
□ -езэ а аг® & чи а,ы “
~Н|<>./> | а - I и I -Г [Е|?]| у+| 143.46ІЦ 157.327 |„
в_
И
И
щ
л
%
а
□
И.І.І
- Свойства
Слой объекта Системный ело... Режим пост,..
\щ
о
кг
нЯн
|"Н
0
А
&
п
РМПа
РМПа
35
30 в
25 5
20 4
15 3
10 2
5 1
0 0
/ /
\ — у
/ / (
/
'Р 7 /
Ш
35
30
25
20
15
10
5
-0
Щелкните левой кнопкой мыши на объекте для его выделения (вместе с СЫ или ЗЬИЪ - добавить к выделенным)
Лот 3 2 ППМ4-.doc ... ЁЗ Макаренко AH.pdf... і^; КОМПДС-ЗО ¥10 (3...
Рисунок 6 - Изменение давления и горизонтального угла при развороте одним гидроцилиндром
Выводы
Проверка в различных режимах пространственного приводного механизма ЗСУ и его элементов показала:
1) шаровые шарниры крепления концов гидроцилиндра и шарнир карданного типа для подвеса стойки ЗСУ не имели ненормированных положений и люфтов, не приводили к рывкам и ударам;
2) раздельное крепление штоков гидроцилиндров поворота оказывает небольшое влияние на угол кручения стойки ЗСУ, которое можно в будущем избежать при помощи максимального сведения штоков между собой или, лучше, геометрически в одной точке;
3) независимое ручное управление двумя гидроцилиндрами приводного механизма или одним цилиндром подъема при определённых навыках не вызывает затруднений;
4) для снижения динамических нагрузок необходимо рассмотреть вопрос применения пневмогидроаккумуляторов.
Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, соглашение № 14.В37.21.1132
Список литературы
1. Ширнин, Ю. А. Технология и оборудование малообъёмных лесозаготовок и лесовосстановление [Текст] / Ю. А. Ширнин, Ф.В. Пошарников. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2001. - 398 с.
2. Патент на полезную модель 100874 Российская Федерация, МПК51 А0Ш 23/00 (2006/01) Захватно-срезающее устройство [Текст] / Сидыганов Ю.Н., Онучин Е.М., Ласточкин Д.М.; заявитель и патентообладатель Марийский гос. техн. ун-т. - № 2010125781/21; заявл. 23.06.2010; опубл. 10.01.2011, Бюл. №1. - 3 с.: ил.
3. Ласточкин, Д.М. Обоснование конструкции навесного захватно-срезающего устройства / Д.М. Ласточкин, Е.Л. Белов, Б.Т. Каруев, Д.Н. Кошурников, А.Н. Самсонов // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2013. -№01(85). С. 125-139. - Режим доступа: http://ei.laibagro.ru/2013 /01 /pdfZ40.pdf 0,938 у.п.л.
4. Грязин, В.А Нагруженность подъемно-транспортных машин в режиме выполнения технологических операций [Текст]/ Грязин В.А.// Тракторы и сельхозмашины,- 2010. № 7. С. 30-32.
References
1. Shirnin, Ju. A. Tehnologija i oborudovanie maloobjomnyh lesozagotovok i lesovosstanovlenie [Tekst] / Ju. A. Shirnin, F. V. Poshamikov. - Joshkar-Ola: MarGTU, 2001. - 398 s.
2. Patent na poleznuju model' 100874 Rossijskaja Federacija, MPK51 A01G 23/00 (2006/01) Zahvatno-srezajushhee ustrojstvo [Tekst] / Sidyganov Ju.N., Onuchin E.M., Lastochkin D.M.; zajavitel' i patentoobladatel' Marijskij gos. tehn. un-t. - № 2010125781/21; zajavl. 23.06.2010; opubl. 10.01.2011, Bjul. №1.-3 s.: il.
3. Lastochkin, D.M. Obosnovanie konstrukcii navesnogo zahvatno-srezajushhego ustrojstva / D.M. Lastochkin, E.L. Belov, B.T. Karuev, D.N. Koshumikov, A.N. Samsonov // Politematicheskij setevoj jelektronnyj nauchnyj zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo agramogo universiteta (Nauchnyj zhurnal KubGAU) [Jelektronnyj resurs], - Krasnodar: KubGAU, 2013. -№01(85). S. 125-139. -Rezhim dostupa: http://ej.kubagro.ru/2013 /01/pdf/40.pdf, 0,938 u.p.l.
4. Gijazin, V.A Nagruzhennost' podemno-transportnyh mashin v rezhime vypolnenija tehnologicheskih operacij [Tekst]/ Gijazin V.A.// Traktory i sel'hozmashiny.- 2010. № 7. S. 30-32.
