CC BY
27
Рис. 4. Зависимость угловой скорости платформы от времени: кривая 1 при n=0.01 сек , кривая 2 при n=0.02 сек , кривая 3
при n=0.05 сек
Анализируя эти графики, в зависимости от параметра n видно, что:
1. с увеличением n, а, следовательно, с увеличением скорости V поворот платформы осуществляется быстрее;
2. зависимость a(n, t) = arccos(1 - mt2) при n = 0,01 - 0,05 сек-2 и t<5 сек, практически линейна;
3. в рабочем диапазоне a = 0° - 45°изменение угла движения рабочего стола 1 изменяется незначительно.
Выводы:
1) Предлагаемое схемное решение механизма пространственного манипулятора расширяет функциональные возможности устройства манипулирования в пространстве, за счет обеспечения степени подвижности по шести координатам на базе кинематической развязки;
2) Схемное решение обеспечивает независимость исполнительных движений, в том числе независимость последовательности исполнительных парциальных движений.
3) При постоянной скорости перемещения штоков гидродвигателей угол поворота рабочего стола, в рабочем диапазоне, изменяется во времени практически линейно, т.е. угловая скорость рабочего стола практически постоянна.
Литература
1. Манипуляционные системы роботов / А. И. Корендясев [и др.] ; под общ. ред. А. И. Корендясева. - М. : Машиностроение, 1989. - С. 472.
2. Глазунов, В. А. Пространственные механизмы параллельной структуры / В. А. Глазунов, А. Ш. Колискор, А. Ф. Крайнев. - М. : Наука, 1991. - С. 95.
3. Альван, Х. М. Об управлении движением пространственной платформы с несколькими степенями подвижности / Х. М. Альван, А. В. Слоущ // Теория механизмов и машин. - СПб. : Изд. СПбГУ. 2003. - № 1. - С. 63-69.
4. Артоболевский, И. И. Теория механизмов и машин / И. И. Артоболевский. - М. : Наука, 1975. - С. 638.
5. Люкшин, В. С. Теория винтовых поверхностей в проектировании режущих инструментов / В. С. Люкшин. - М. : Машиностроение, 1967. - С. 372.
Балакин П.Д. \ Шамутдинов А.Х.2
1 доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой ТММ; 2 старший преподаватель кафедры ТММ
Омский государственный технический университет
ИССЛЕДОВАНИЕ ЖЕСТКОСТИ МЕХАНИЗМА ШЕСТИКООРДИНАТНОГО МАНИПУЛЯТОРА
Аннотация
Рассмотрено схемное решение пространственного манипулятора с шестью независимыми парциальными движениями и, на основе теории контактных напряжений и деформаций, рассчитана приведенная жесткость данной модели. Кроме этого, приведён расчет собственных частот колебаний данной системы.
Ключевые слова: контактные напряжения, модуль упругости Юнга, сближение тел, приведенная жесткость, собственная частота колебаний.
Balakin P.D. \ Shamutdinov A.H.2
THE STUDY OF RIGIDITY OF THE ORIGINAL PART OF THE SPATIAL MANIPULATOR
Abstract
Considered the schematic spatial manipulator with six independent partial movements and, on the basis of the theory of contact stresses and strains calculated present stiffness of this model. Besides, shown calculation of eigenfrequencies of the system.
Keywords: contact stresses, Young's modulus of elasticity, the convergence of telephone, the reduced stiffness, natural frequency of oscillation.
1. Расчетная схема пространственного манипулятора для оценки его жесткости
Выделим из общей схемы пространственного механизма оригинальную часть, реализующую угловые движения вокруг осей X и Y и поступательное перемещение вдоль оси Z за счет сложения двух встречных вращений [1]. Традиционные три связи (две поступательных и одно вращение) опустим, поскольку они реализованы в серийном оборудовании и их жесткость достаточно известна (рис. 1).
99
Рис. 1. Расчетная схема оригинальной части пространственного манипулятора
Наиболее неблагоприятное нагружение связей будет, если исключить из расчетной схемы, параллельно действующие элементы, образуемые приводными устройствами a, b и с. Поэтому основу жесткости конструкции будет составлять жесткость их соединений, а именно сдвоенные шарниры.
Позиции на рис. 1: 1- установочное звено (рабочий стол); 2- опорно-поворотное устройство; 3- наклонная платформа; 4-поворотный стол; a,b,c- приводные устройства (ШВП, гидроцилиндры).
2. Напряжения и деформации элементов цилиндрической пары
Для решения поставленной задачи используем зависимости, приведенные в [2].
При взаимном сжатии равномерно распределенной нагрузкой q двух цилиндров, соприкасающихся параллельными образующими (рис. 2). При E1 = E2 = E полуширина полоски контакта b, учитывая, что q = P/l, будет:
b = 1,522
P R • R2
l • E R2 - R1
(1)
где q - распределенная нагрузка, E1, E2 и R1, R2 - модули упругости материалов и радиусы первого и второго цилиндров, соответственно.
Рис. 2. Контакт цилиндра с цилиндрической впадиной Наибольшее напряжение, действующее в точках оси площадки, будет:
= 0,418 •
P • E R2 - R
l
R1 • R2
Приведенные выше формулы получены при значении коэффициента Пуассона f'=0,3. Сближение соприкасающихся тел, т.е. цилиндров определяется по формуле:
P
А = 1,82---------(1 - ln b)
l • E
(2)
(3)
Из выражения (2) видно, что при малой разности (R2 - R1), т.е. когда (R2 - Ri)^0 будет:
1) из выражения (1): b^ ;
2) из выражения (2): amax^0.
Это говорит о том, что если контакт между цилиндрами будет полным, зазоры отсутствуют, наибольшие напряжения будут иметь минимальные значения.
Зная усилие P на цилиндры и их сближение Д можно рассчитать жесткость данного сопряжения:
с = P = P Ш
Тогда
А 1,82 •P • [1 - ln b] 1,82[1 ln b]
lE
или окончательно:
100
c =
lE
1,82[1 - ln
f
1,522
V
p Ri • R2
lE R2 - R1 J
]
(4)
Рассчитаем коэффициенты жесткости при следующих параметрах модели:
l = 510-2 м, Е = 210пПа; R=4,910-3 м; R2=510-3 м; Усилие P будем варьировать: Р3 = 102 Н, Р2 = 103 Н, Р3 = 104 Н, Р5 Н, Р6 = 10 Н. Расчеты приводят к следующим значениям:
с=5,236108 Н/м, с2=5,881108 Н/м, с3=6,708108 Н/м, с4=7,805108 Н/м, с5=9,331108
= 105 Н/м
(5)
Кроме того, надо учесть, что в предлагаемом схемном решении такие спряжения (их 3 ед.) соединены последовательно, поэтому надо перевести жесткость в податливость и определить её приведённое значение:
С
id
откуда находим:
Для упрощения принимаем с
п1 • п2 • п3
п1 • П2 + п • П3 + П2 • П3
с1 = с2 = с3, тогда формула (6) перепишется как:
(6)
С
id
п
3
(7)
Используя расчетные значения жесткости (5):
(cmin...cmJ=(5,236-108... 9,331-10) Н/м по формуле (7) находим:
(Cnp.min - Спр.тах)=(1, 745■ 10 ...3,110-10) Н/м
В [3] показано, что жесткость суппортов станков средних размеров составляет (30.. .100) Н/мкм или ссут. ст= (3-107.. ,108) Н/м. Таким образом, видно, что жесткость данного пространственного механизма сравнима с жесткостью суппортов современных станков, что доказывает принципиальную возможность использования пространственного механизма в качестве манипулятора, расширяющего возможности современного технологического оборудования.
3. Собственные частоты колебаний системы
Рассматривая схемное решение пространственного манипулятора общего вида с шестью независимыми парциальными движениями как колебательную систему, определим качественный параметр этой системы - собственную частоту её колебаний k. Из теории колебаний [4], известно, что собственная частота k колебаний зависит только от параметров системы и определяется как:
k =
2n
c
id
a
(8)
Здесь a - коэффициент инерции системы. В нашем случае a=m, спр - приведенная жесткость системы, т - масса системы. Используя, ранее рассчитанные значения, спр и задавая значения массы т: т=10 кг, т2=20 кг, т3=30 кг, найдём собственные частоты системы, по выражению (8), сведя их в таблицу 1:
Таблица 1
СпрА^! Нм 1,745-108 1,960 108 2,236-108 2,601108 3,110 -108
т, кг
10 665 Гц 705 Гц 752,6 Гц 812 Гц 888 Гц
20 470 Гц 498,2 Гц 532 Гц 574 Гц 627,6 Гц
30 384 Гц 407 Гц 434,5 Гц 469 Гц 512,4 Гц
Сравнивая полученные значения с эксплуатационными частотами технологического оборудования [5, 6] видно, что
оборудование, оснащенное предлагаемым манипулятором, будет работать в дорезонансной зоне. Используя пакет программы MathCAD 15, приводим графические зависимости выражения (8) в зависимости от массы т системы и приведённой жесткости спр, которые представлены на рис. 3 и рис. 4.
Рис. 3. Зависимость собственных частот колебаний от приведенной массы системы: кривая 1 при спр=1,745-108Н/м, кривая 2
при спр=1,960 108Н/м, кривая 3 при спр=2,236-108Н/м
101
Рис. 4. Зависимость собственных частот колебаний от приведенной жесткости системы: кривая 1 при m=10 кг, кривая 2 при
m=20 кг, кривая 3 при m=30 кг
Выводы:
1) Результаты расчетов приведенной жесткости показали, что жесткость предложенной модели пространственного манипулятора сравнима с жесткостью суппортной группы станков средних размеров.
2) Диапазон собственных частот предлагаемой конструкции манипулятора выше эксплуатационных частот силового возбуждения технологического оборудования.
3) Предлагаемое техническое решение механизма манипулятора рекомендуется к использованию в технологических машинах машиностроительных производств.
Литература
1. Люкшин, В. С. Теория винтовых поверхностей в проектировании режущих инструментов / В. С. Люкшин. - М. : Машиностроение, 1967. - 372 с.
2. Справочник по сопротивлению материалов / Г. С. Писаренко [и др.] ; под общ. ред. Г. С. Писаренко. - Киев. : Наук. думка, 1988. -736 с.
3. Проектирование металлорежущих станков и станочных систем: Справочник. В 3 т. Т. 1. Проектирование станков / А. С. Проников [и др.] ; под общ. ред. А. С. Проникова. - М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана; Машиностроение, 1994. - 444 с.
4. Яблонский, А. А. Курс теории колебаний / А. А. Яблонский, С.С. Норейко. - М. : Высшая школа, 1975. - 248 с.
5. Кедров, С. С. Колебания металлорежущих станков / С. С. Кедров. - М. : Машиностроение, 1978. - 199 с.
6. Кудинов, В. А. Динамика станков / В. А. Кудинов. - М. : Машиностроение, 1967. - 348 с.
Попсуй С.П.1, Швецов И.В.2, Швецова О.И. 3
'Аспирант; 2доктор технических наук; 3студентка 3 курса, Новгородский государственный университет им. Ярослава Мудрого НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРИ КОМПЛЕКСНОМ ВНЕДРЕНИИ ИННОВАЦИЛННЫХ ПРОЕКТОВ
Аннотация
В статье рассмотрены новые технологии и инновационные энергоэффективные мероприятия, позволяющие решать проблему снижения затрат и потребления энергетических ресурсов за счет применения способа диагностики шлифовальных кругов и повышения температуры газовоздушных теплоносителей в жилых и производственных помещениях путем применения температуроповышающих элементов.
Ключевые слова: технология, шлифование, температура, теплоносители
Pops S.P.1, Shvetsov I.V.2, Shvetsov O.I.3,
'Graduate student; 2Doctor of Technical Sciences; 3third-year student, Novgorod State University after Yaroslav the Wise NEW TECHNOLOGIES AT COMPLEX IMPLEMENTATION OF PROJECTS INNOVATSILNNYH
Abstract
The article deals with new technologies and innovative energy efficiency measures that address the problem of reducing costs and energy consumption through the use of the diagnostic method of grinding wheels and raise the temperature of air-gas heat transfer in residential and industrial areas by applying temperaturopovyshayuschih elements.
Keywords: technology, grinding, temperature, heat transfer fluids
Инновационно передовые предприятия России занимаются новаторской деятельности в направлении приобретения машин и оборудования, связанных с технологическими инновациями, а также исследование и разработка новых продуктов и методов их передачи, а также новых производственных процессов.
Масштабы реализации в промышленности продуктовых и процессных инноваций в настоящее время недостаточны. Имеющиеся данные, представляемые постоянно СМИ, свидетельствуют о том, что инновации различных типов реализуются менее чем на 15% белорусских промышленных предприятий. С другой стороны, однако, обозначенные цифры указывают на значительные возможности развития за счет расширения масштабов реализации как продуктовых, так и процессных инноваций.
Появление технопарков, инкубаторов и посевных фондов проводится пока с пробуксовкой. Основным тормозом является огромное число регламентированных процедур и слишком большим участием государства в экономике. Основным тормозом в России является наличие мотивации любого бизнеса для занятия инновациями. Для того, чтобы стимулировать это необходима реальная конкуренция с наличием поддерживающей инфраструктуры.
Рассмотрим некоторые технологии и инновационные, энергоэффективные мероприятия (ЕЕМ), которые могут рассматривать установку нового оборудования, модификацию или замену существующего оборудования, сооружений на объектах организации, или пересмотренные действия и процедуры обслуживания для уменьшения потребления энергетических ресурсов. Здесь, отсутствует необходимость в первоначальных затратах собственных средств или кредитовании, а инвестиции, необходимые для осуществления всего проекта, привлекаются энергосервисной компанией.
В рамках мероприятий по внедрению новых технологий рассмотрена возможность применения более совершенного устройства для оценки работоспособности шлифовальных кругов, необходимая для измерения износа в процессе резания [1].
Одним из основных показателей шлифования, определяющих производительность обработки и расход абразивного инструмента, является период работы круга между двумя правками, или, иначе, стойкость шлифовального круга. Правка круга производится после потери кругом работоспособности вследствие изменения размера, рельефа и геометрии поверхности шлифовального круга в результате его износа.
При работе круга в условиях частичного самозатачивания или затупления потеря кругом работоспособности связывается с ухудшением режущей способностью круга, причем внешними и косвенными признаками снижения режущих свойств круга являются повышение эффективной мощности шлифования, возникновение шума, вибраций, следов дробления на обрабатываемой
102
