Проектирование и динамический анализ гидроприводных рычажных механизмов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

УДК 64.06.001; 69.002.5

А. С. Ереско Научный руководитель - С. П. Ереско Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ГИДРОПРИВОДНЫХ РЫЧАЖНЫХ МЕХАНИЗМОВ

Приведены кинематические схемы гидроприводного рычажного механизма и вывод функции нагрузочного режима исполнительного гидроцилиндра обеспечивающей возможность проведения динамического анализа гидропривода грузоподъемного механизма.

В различных отраслях машиностроения широко применяются гидроприводы, содержащие исполнительные гидроцилиндры, приводящие в действие плоскорычажные механизмы, нагруженные весовой нагрузкой. Рычажная связь и переменность направления движения звеньев исполнительного механизма при выполнении рабочих операций обуславливают переменность весовых и инерционных нагрузок, что на этапе проектирования механизмов затрудняет реализацию имитационного математического моделирования и анализ динамики процесса их эксплуатации. Примером такого механизма может служить разработанный нами гидропривод рабочего оборудования фронтального погрузчика [1], кинематическая схема которого приведена на рис. 1. Обозначим постоянные и переменные параметры механизма и привода: А1 -размер установочной базы пяты гидроцилиндра О1 и шарнира стрелы О2; А2 - размер установочной базы шарнира поворота ковша О4; Х1, Х2, - координаты перемещений соответствующих секций телескопического гидроцилиндра, а1, р1 - переменные углы, определяющие положение механизма. В схеме на рис. 1. совмещены два механизма, образующие соответственно кинематические треугольники О1, О2, О3 и О3, О4, О5, приводимые в движение различными секциями одного исполнительного гидроцилиндра телескопического типа, причем центральная точка О3 расположена на кулисе и ее положение будет зависеть как от подъема стрелы (при изменении Х1), так и от поворота ковша (при изменении координаты Х2).

Рис. 1. Кинематическая схема гидропривода рабочего оборудования одноковшового погрузчика

Рассмотрим отдельно механизм подъёма стрелы, приведенный на рис. 2.

А,

»-/V 7у'| "А

\s X,

Рис. 2. Кинематическая схема механизма подъема стрелы

Требуется определить функцию нагрузочного режима 81 в зависимости от перемещения первой секции гидроцилиндра Х1 и массы стрелы во без учета масс отдельных элементов гидроцилиндра, так как они совместно с переменной массой рабочей жидкости, находящейся внутри полостей гидроцилиндра, уже учтены в имитационной модели гидроцилиндра [2].

Составляя уравнение моментов относительно опоры 02 и приравнивая его нулю (состояние равновесия механизма), получим

S (x)-sin[Pj (x)-ai]• B -

-Gc • cos¡90° -[a (x) + Yi]}• С 0, Откуда для текущего положения механизма:

Gc •cos ¡90° -[ai (x) + Yi ]}• rc

(1)

Si (x ) = -

sin [Pi (i)-ai ]• B

(2)

Как видно из формулы функция нагрузки зависит от положения механизма, задаваемого координатой Х1 и для выявления зависимости 81 = Дх1) требуется определить функции а1 = Дх1) и р1 = Дх1). В первом приближении данные функции можно найти на этапе проектирования механизма, следующим образом. Задавая дискретно массив координат ХН и построив несколько положений по траекториям движения точек механизма, определяем значения соответствующих

i46

Секция «Проектирование машин и робототехника»

значений aii и pii и аппроксимируем их математическими зависимостями, соответствующими полям парных корреляций для искомых функций. Для нахождения более точного и универсального решения переходим к относительным параметрам, принимая в качестве линейной единицы измерения постоянный размер базы механизма A1 = 1.

Вводя относительные переменные:

Bi = BL; Ц = XAl

A A

и выбирая в качестве обобщенной координаты X1, что равносильно перемещению поршня 1-й секции

гидроцилиндра, так как X1 -X = const, а, следова-• •

тельно, и X1 = X, опишем кинематику плоскорычажного механизма, используя передаточные отношения его звеньев 1, 2, 3.

,12( X1)=a_=±. iaL;

u XX1 A dX1

, (X) =P1 =1

гз,2( X 1) =~T = ~T'

XX A1 dX1

(3)

Используя решения для передаточных функций имеем

i12 (Л1) =

1

1 - B,2 - Х1

A

X1

Х12-(1 -B12j • (1 + B12j-x1

i32 (x1) = - '

A1

2 • x1

X12-(1 -B12j • (1 + B12j

11 + B12 j-X12

(4)

и искомые функции кинематического положения механизма будут определены в результате интегрирования приведенных ниже зависимостей:

a

1( X1)

"ших = i

—2 —2

1 - B1 - X1

X1 •

rdx;

P1( X1) = 2 i

X12 -(1 - B12 j

X1

(1 + Bi2 j- X12

X1

—2/ —2]

X1 -|1 - B1

j • (1 + B12 j-X12

dx; (5)

Для определения нагружающего усилия 82 рассуждения аналогичны. Аналогичным способом, проводя разбиения механизмов на элементарные звенья можно произвести анализ и синтез плоскорычажных механизмов любой сложности. Вычисление значений определенных интегралов (5) производится с помощью стандартной подпрограммы рЛЯТ из пакета 88Р прикладных программ на Фортране. Приведенная методика определения функций нагрузочного режима гидропривода грузоподъемных механизмов, использующая их относительные размеры и передаточные функции, позволяет находить переменные по рабочему ходу исполнительных гидроагрегатов функции весовых и инерционных нагрузок, что позволяет использовать универсальную имитационную модель и программное обеспечение без дополнительного редактирования и последующей трансляции, что в итоге позволяет сократить сроки проектирования и повысить качество принимаемых проектных решений.

Библиографические ссылки

1. Ереско А. С., Ереско С. П. и др. Фронтальный погрузчик Патент Российской Федерации № 2195276 от 25.10.2002. Опубл. 20.09.2003. Бюлл. № 26. 4 с.

2. Ереско А. С. Имитационная математическая модель усовершенствованного гидропривода грузоподъёмных механизмов. Вестник НИИ СУВПТ : сб. науч. тр. ; под ред. Н. В. Василенко ; НИИ СУВПТ. Красноярск, 2003. Вып. 14. С. 257-261.

© Ереско А. С., 2012

УДК 658.512.22

В. С. Ереско Научный руководитель - Т. Т. Ереско Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАЗМЕРОВ ПОСАДОЧНОГО ГНЕЗДА ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ УПЛОТНЕНИЙ СЛОЖНОГО СЕЧЕНИЯ

Представлена методика разработки параметрических моделей уплотнительных манжет, основанная на использовании размеров посадочного гнезда в уплотнительных узлах гидрофицированных машин.

В настоящее время разработка уплотнений сложного сечения уплотнительных узлов гидрофицированных машин не является приоритетной задачей, так как практически всегда в гидроцилиндрах достаточно места для размещения того или иного уплотнительного узла, а сами уплотнения сложного сечения описаны в ГОСТ.

Если задача уплотнения неподвижного соединения, например, резиновым кольцом, решается подбором кольца подходящего диаметра и сечения, то с манжетным уплотнителем подвижного соединения возникает проблема компенсации гидродинамического давления возникающего при относительном