CC BY
47
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 621.86/.87
УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЕ ШАРНИРНО-СТЕРЖНЕВОЕ
ГРУЗОПОДЪЕМНОЕ СРЕДСТВО С ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКОЙ
СИСТЕМОЙ УПРАВЛЕНИЯ
Н.В. Бабоченко, кандидат технических наук, доцент Волгоградский государственный аграрный университет
В статье дается описание усовершенствованного шарнирно-стержневого грузоподъемного средства с электрогидравлической системой управления и описаны преимущества данной конструкции перед существующими аналогами. Аналитически определены кинематические параметры и параметры, необходимые для построения зоны действия усовершенствованного шарнирно-стержневого грузоподъемного средства.
Ключевые слова: манипулятор, секция, стрела, гидроцилиндры, электрогидравлическая система управления.
Преследуя цель - увеличить зону действия в горизонтальной плоскости шарнир-но-стержневого грузоподъемного средства и исследуя конструктивные особенности гидроманипуляторов с шарнирно-стержневой стрелой, была получена новейшая конструктивная разработка шарнирно-стержневого грузоподъемного средства (манипулятора). Анализируя возможности известного шарнирно-стержневого грузоподъемного средства [1], пришли к решению его конструктивного усовершенствования. В частности, основываясь на конструктивную особенность шарнирно-стержневой стрелы грузоподъемного средства [4], усовершенствовали саму стрелу шарнирно-стержневого гидроманипулятора.
Конструктивно разработанная стрела шарнирно-стержневого грузоподъемного средства (рис. 1) представляет собой корневую секцию 1 и связанную с ней рукоять 2 и грузозахватный орган стрелы 3. При этом корневая секция выполнена из трех стержней в виде шарнирного треугольника с двумя острыми углами. Рукоять выполнена из двух стержневых шарнирных треугольников с двумя острыми углами и общей для обоих треугольников связью, один из шарниров которой соединен с силовыми цилиндрами рукояти. Два указанных шарнирно-стержневых треугольника имеют общую связь между собой в виде стержня, ближайший к грузозахватному органу шарнирный треугольник имеет в основании два силовых цилиндра 4, 5, работающие как одно кинематическое звено. Два других шарнирно-стержневых треугольника также связаны между собой в виде стержня, а в основании одного из шарнирных треугольников имеются два силовых гидроцилиндра 6, 7, которые работают как одно кинематическое звено и связаны с двумя гидроцилиндрами предыдущего шарнирно-стержневого треугольника. Стержни, составляющие треугольные соединения выполнены в виде плоских в поперечном направлении ферм.
При таком исполнении шарнирно-стержневой стрелы и расположении гидроцилиндров, стержни всех «треугольников» воспринимают в основном нагрузки растяжения или сжатия, а шарнирные соединения обеспечивают необходимые подвижности звеньям манипулятора. Дополнительные, ближайшие к грузозахватному органу, гидроцилиндры обеспечивают максимальный подъем и опускание грузов.
2
Рисунок 1 - Схема шарнирно-стержневого грузоподъемного средства
В итоге достигается оптимальное распределение нагрузок растяжения - сжатия на стержни и плоские фермы, способствующие повышению силовой мощности конструкции за счет разворота стрелы в горизонтальной плоскости увеличивается зона действия системы и в вертикальной плоскости за счет работы силовых гидроцилиндров увеличивается зона действия, а для грузонесущего органа сообщается дополнительное перемещение в горизонтальной плоскости, что расширяет функциональные возможности стрелы.
Управление шарнирно-стержневым грузоподъемным средством с усовершенствованной конструктивно стрелой осуществляется по электрогидравлической схеме, которая представлена на рис. 2. За основу была взята существующая электрогидравлическая система управления гидравлическими манипуляторами [2, 5], которая была усовершенствована.
Рисунок 2 - Схема управления экспериментальной установкой
Схема управления шарнирно-стержневым грузоподъемным средством, представленная на рисунке 2, состоит из: шести гидроцилиндров, представленных как Ц1...Ц6; функциональных блоков Б1...Б4; полости высокого и низкого давления ПВД, ПНД; источника питания И; датчика определения давления М; насоса шесте-
ренчатого НШ; электродвигателя Э; распределительного бачка РБ; пульта управления установкой П.
Схему управления манипулятором можно условно разделить на четыре блока. Каждый функциональный блок (Б1...Б4) выполняет функцию управления одним гидроцилиндром. В состав каждого блока входят четыре электроклапана. Для удобства соединения в гидравлической схеме присутствует полость высокого давления (ПВД) и полость низкого давления (ПНД). Данные полости соединяются через шестеренчатый маслонасос (НШ). Полость низкого давления (ПНД) дополнительно сообщается с распределительным бочком (РБ), а полость высокого давления - с манометром. Каждый из четырех блоков (Б1...Б4) гидравлически соединен с полостями высокого и низкого давления и с отдельным гидроцилиндром таким образом, что включаются два электроклапана, соединенные с разными полостями гидроцилиндра и разными полостями давления. Электромотор приводит в движение шестеренчатый насос (НШ). Электрическая схема устроена таким образом, что включение двигателя сблокировано с включением электроклапанов. Для каждой операции необходимо включение двух электроклапанов, присоединенных к разным полостям давления и разным полостям гидроцилиндров.
Создается действующий макет усовершенствованного шарнирно-стержневого грузоподъемного средства, а на данный момент ведется работа по определению параметров, характеризующих механизм. На данный момент, путем математических вычислений доказано, что усовершенствованное шарнирно-стержневое грузоподъемное средство с электрогидравлической системой управления расширяет функциональные возможности как стрелы, так и грузоподъемного средства в целом, за счет увеличения зоны действия в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Зона действия усовершенствованного шарнирно-стержневого грузоподъемного средства представляет собой сложное и, вместе с тем, обширное объемное образование (рис. 3).
Зона действия шарнирно-стержневого грузоподъемного средства может изменяться в зависимости от изменения длины гидроцилиндров и длины стержней, составляющих шарнирно-стержневое соединение.
Рисунок 3 - Зона действия шарнирно-стержневого грузоподъемного средства
При последовательном включении в определенном порядке силовых цилиндров можно добиться определения практической зоны действия шарнирно-стержневого грузоподъемного средства. Существо оптимизации параметров заключается в выявлении возможностей шарнирно-стержневых грузоподъемных средств, с целью использования полученных данных при проектировании. Для аналитического исследования усовершенствованного шарнирно-стержневого грузоподъемного средства использовалась разработанная для расчетов на ЭВМ программа [3].
В результате аналитического исследования с использованием разработанной программы [3] получен большой фактический материал, в котором наибольший интерес представляет решение пространственной задачи по выявлению кинематических возможностей механизма при сочетаниях длины гидроцилиндров, соответствующих предельному развороту стрелы в горизонтальной плоскости, были определены оптимальные размеры шарнирно-стержневого грузоподъемного средства.
В процессе варьирования вышеупомянутых размеров были выявлены параметры координат шарниров составляющих шарнирно-стержневое соединение стрелы грузоподъемного средства. Установлено, что оголовок стрелы К, перемещаясь в пространстве образует поверхность (рис. 3), которая меняется в зависимости от величины вариаций. Зная координаты шарнирно-стержневой конструкции усовершенствованной стрелы возможно построение и зоны действия всего механизма.
Полученные путем расчета с использованием разработанной программы [3] значения углов поворота в горизонтальной и вертикальной плоскостях существенно превосходят аналогичный параметр, полученный при исследовании возможностей существующих шарнирно-стержневых грузоподъемных средств.
Из всего сказанного следует вывод, что описанная в статье конструкция шар-нирно-стержневого грузоподъемного средства с электрогидравлической системой управления позволяет увеличить зону действия стрелы в горизонтальной и вертикальной плоскостях и силовую мощность конструкции.
Библиографический список
1. Кривельская, Н.В. Шарнирно-стержневой гидроманипулятор [Текст]/ В.И. Пындак, Н.В. Кривельская // Техника и оборудование для села. - 2004. - №4. - С. 26.
2. Кривельская, Н.В. Перспективная электрогидравлическая система управления грузоподъемным средством [Текст]/ В.И. Пындак, Н.В. Кривельская // Успехи современного естествознания. - 2005. - №9. - С. 82-83.
3. Mechanism - 3D - кинематический анализ пространственных приводных механизмов [Текст]: свидетельство № 2014616428 / Н.В. Бабоченко. - Опубл. 2014. - 11 с.
4. Стрела грузоподъёмного средства[Текст] : пат. №2178382 РФ, МКИ7 В66 С 23/04. / Пындак В.И., Кривельская Н.В. - Опубл. 2002. Бюл. № 2. - 8 с.
5. Устройство для управления гидравлическим манипулятором [Текст]: пат. №2231494 МКИ7 В66 С 23/04. / Пындак В.И., Кривельская Н.В. - Опубл. 2004. - 11 с.
E-mail: nat-kivelskaya@mail.ru
