Гидроманипуляторы и лесное технологическое оборудование Бартенев

161

ляются следующим образом:

1. При рассмотрении совмещения движений стрелы и рукояти принимаем, что делитель расхода делит поток рабочей жидкости пополам, т.е.

Q1 Q2 Q2Н ,

где QН – номинальная подача насоса, м3/с;

2. Определяем параметры движения механизма подъема стрелы:

а) на каждом временном интервале цикла работы гидроманипулятора оп-

ределяем угловое ускорение							1	и угловую скорость подъема стрелы 1 из
второго уравнения системы (4.57);
б) мгновенное значение скорости штока ГЦ подъема стрелы									(4.58)
								V1 b1 sin 1 1 ,
где sin 1		a1 sin( 1 1)					;
	a2	b2	2a b cos(		1	)
1		1	1	1		1

в) на каждом временном интервале определяем значение давления в поршневой полости ГЦ подъема стрелы из первого уравнения системы (4.57).

3. Определяем параметры движения механизма привода рукояти:

а) на каждом временном интервале цикла работы гидроманипулятора определяем угловое ускорение 2 и угловую скорость поворота рукояти 2 из четвертого уравнения системы (4.57), используя следующие соотношения:

			c		2	e 2 b			2			d			sin					a				sin				;		(4.59)
	3	arccos		2			2	2		arcsin			2						2				2		1Р
						2c2e2														e2
			e2			a2	2 d2		2	2a2d2 cos( 1Р 2 ) ;																				(4.60)
					a 2		c	2 e2							d		2	sin			2	b sin				2			;	(4.61)
			arccos			2	2			1		arctg												2
																		cos
		1Р					2а	e				d				2					2	b cos					2
							2	1																2
						e1 d2 sin 2						b2 sin 2 ;																		(4.62)
										sin e1

											162
						2	b2 sin 2
		arctg	d2 sin							;	(4.63)
	e1	d		2	cos	2	b cos	2
							2

б) мгновенное значение скорости штока ГЦ привода рукояти

				V2	b2 sin 2		sin( 2	3 )		2	,	(4.64)
							sin(		)
		l3 sin( 1P )					1Р	3
где sin 2						.
	l2	a2	2l a	cos(	)
3		2	3 2	1P

в) давление в поршневой полости ГЦ привода рукояти Р3 определяется следующим образом

		2			2	2
P3		V2			d2n		,	(4.65)
					2
		2
				do

где do – диаметр отверстия дросселя в поршневой полости ГЦ привода рукояти, м;

– коэффициент расхода рабочей жидкости через отверстие дросселя;

– плотность рабочей жидкости, кг/м3.

г) на каждом временном интервале определяем значение давления в штоковой полости ГЦ привода рукояти из третьего уравнения системы (4.57). Предлагаемая методика апробирована на манипуляторах ЛВ-184А иЛВ- 185-07. В первом случае в ходе расчета использовались следующие расчетные

зависимости, а

также начальные и

граничные

условия:

КP1

10 5

7,286

P1 106

;

начальный угол подъема стрелы

1 ( 20

КP 2

10 5

) , начальный

7,286 P2 106

угол

поворота

рукояти

2 5,44 ;

максимальный

угол

подъема

стрелы

max1

71 , максимальный

угол поворота рукояти max 2

95,44 ; после достиже-

ния максимального значения угла поворота рукояти рассчитываются только изменяющиеся параметры механизма подъема стрелы; закон нарастания рабочей жидкости линейный до QH 0,00133 м3/с за время, tн 1с. Расчетные зависимости представлены на рис. 4.11.

163

а)

б)

с) д)

Рис. 4.11. Изменение расчетных параметров при совмещении движе-ний звеньев манипулятора ЛВ-184А:

а) давления в поршневой полости ГЦ подъема стрелы; б) давления в штоковой полости ГЦ привода рукояти; с) скорости движения штока ГЦ подъема стрелы; д) скорости движения штока ГЦ привода рукояти

Были проведены аналогичные расчеты для раздельного движения стрелы и рукояти манипулятора с теми же параметрами и расчетными зависимостями, которые были использованы при описании совместного движения звеньев манипулятора. Результаты этих расчетов приведены на рис. 4.12. Для расчета использовались уравнения системы (4.57). При этом в первом и втором уравнениях системы угловые скорости и ускорения поворота рукояти принимались равными нулю. Во втором и третьем уравнениях системы угловые скорости и ускорения подъема стрелы принимались равными нулю. Принимается, что значение подачи рабочей жидкости нарастает линейно на временном интервале от 0 до tH и достигает номинального значения QH. Процесс подъема стрелы рассматривался при максимальном угле поворота рукояти.

164

a)	б)

с)

д)

Рис. 4.12. Изменение расчетных параметров при раздельном движе-ний звеньев манипулятора ЛВ-184А:

а) давления в поршневой полости ГЦ подъема стрелы; б) давления в штоковой полости ГЦ привода рукояти; с) скорости движения штока ГЦ подъема стрелы; д) скорости движения штока ГЦ привода рукояти

Влияние изменения коэффициента податливости рабочей жидкости на динамическую нагруженность гидроманипулятора можно оценить, увеличив коэффициент податливости вдвое, по сравнению с принятым ранее. Результаты расчетов при совместном движении стрелы и рукояти с большим коэффициентом податливости приведены на рис. 4.13.

Теоретическими исследованиями манипулятора ЛВ-184А установлено:

-при совмещении движений с использованием делителя расхода время цикла не изменяется;

-давление в поршневой полости ГЦ подъема стрелы при совмещении движений звеньев меньше, чем при раздельном движении (рис. 4.11а; 4.12а):

165

а) пиковое значение давления – в 2 раза; б) в переходном режиме – в 1,3-1,7 раза;

а)

б)

с)

д)

Рис. 4.13. Изменение расчетных параметров при совместном движе-ний звеньев манипулятора ЛВ-184А:

а) давления в поршневой полости ГЦ подъема стрелы; б) давления в штоковой полости ГЦ привода рукояти; с) скорости движения штока ГЦ подъема стрелы; д) скорости движения штока ГЦ привода рукояти

-давление в штоковой полости ГЦ привода рукояти при совместном движении меньше, чем при раздельном движении (рис. 4.11 б, 4.12 б): а) пиковое значение – в 3,7 раза; б) в переходном режиме до 2-х раз;

-после завершения переходного процесса скорости движения штоков гидроцилиндров является постоянной (рис. 4.11 с, д; 4.12 с, д), что подтверждает корректность сделанных в работе [68] допущений, а характер изменения давления в гидросистеме такой же, как в разделе 4.1.

166

-после завершения переходного процесса изменение коэффициента податливости не влияет на характер изменения давления в гидроцилинд-

рах (рис. 4.11а, 4.11б, 4.13а, 4.13б).

-увеличение коэффициента податливости рабочей жидкости и элемен-

тов гидропривода в 2 раза (рис. 4.11, 4.13) приводит к увеличению участков нестабильности давления рабочей жидкости в ГЦ подъема стрелы и ГЦ привода рукояти.

Значительный кратковременный пик давления в гидроцилиндрах в переходном режиме объясняется тем, что не учитывается работа предохранительных клапанов, а при определении коэффициента податливости не учитывается деформация объема жидкости в гидроцилиндрах и подводящих магистралях.

Аналогичные расчеты по вышеизложенной методике проведены для манипулятора ЛВ-185-07. Отличие состоит в том, что поток рабочей жидкости, направляемой к гидроцилиндрам подъема стрелы и вращения рукояти, как при совместном движении, так и при раздельном движении одинаков и составляет половину подачи насоса, т.е.:

Q Q1 Q2 2н .

В расчетах учитывалось наличие предохранительных клапанов, ограничивающих давление в поршневой полости ГЦ подъема стрелы 19МПа и в штоковой полости ГЦ привода рукояти (16 МПа).

Кроме того, в расчетах коэффициент податливости рсчитывается с учетом объема рабочей жидкости в гидросистеме, т.е. коэффициент податливости, представляется в виде:

K K5 K d 2 S K d 2 l K d 2 l ;

p1 4Eж 2 п1 п1 3 p1 p1 4 p2 p2

K K5 K d 2 l K d 2 d 2 S K d 2 l K d 2 l .

p2 4Eж 1 т т 2 п2 ш2 ш2 3 p1 p1 4 p2 p2

167

Проводятся также расчеты, в которых не учитывается податливость элементов гидропривода, а только жидкости, т.е. коэффициент податливости представляется в виде:

		K p1			dп21Sп1 d pi2 l pi ;
				4Eж
	K p2		dп22 dш2 2 Sш2 K 3d p21lp1 d pi2 l pi ,
		4Eж

где Eж = 1750 МПа – модуль объемной упругости рабочей жидкости, МПа; Sn1, Sш2 – текущая высота поршневой полости гидроцилиндра подъема

стрелы и штоковой полости ГЦ привода рукояти соответственно, м; dpi – диаметр рукава, м;

lт, lpi – длина трубопровода и рукава соответственно, м.

К1, К2, К3, К4 – коэффициенты, учитывающие деформацию стальных трубопроводов, гидроцилиндров, РВД 12 и 16мм;

К5 – коэффициент учитывающий изменение подачи насоса при повышении давления.

Врасчетах принимается К1=1,07; К2=1,1; К3=3,1; К4=2,24; К5=1,05.

Расчеты проведены для следующих случаев:

а) Q1 = Q2 = 0,66 10-3 м3/с (рис.4.14); б) Q1 = Q2 = 1,0 10-3 м3/с (рис.4.15); в) Q1 = Q2 = 1,33 10-3 м3/с (рис.4.16).

Врезультате теоретических исследований установлено:

-при совмещении движений звеньев независимо от подачи время цикла сокращается в 2 раза (рис. 4.14, 4.15, 4.16), а усилия, преодолеваемые гидроцилиндрами снижаются в 1,1 1,2 раза;

-податливость элементов гидропривода необходимо учитывать в переходных режимах.

168

Р1, МПа	Р2, МПа

а)

б)

Р1, МПа

Р2, МПа

в)

г)

Р1, МПа

Р2, МПа

д)

е)

Рис. 4.14. Расчетные зависимости для манипулятора ЛВ-185-07 при подаче

Q1 = Q2 = 0,66 10-3 м3/с, поворот рукояти с вертикального положения до упора, подъ-

ем стрелы с 15 до 62 , ау = 2,0 10-12 м3/(Па с), tн=0,8с:

а) давления в поршневой полости ГЦ подъема стрелы при совмещении движений; б) давление в штоковой полоти ГЦ привода рукояти при совмещении движений; в) давления в поршневой полости ГЦ подъема стрелы при раздельном движении; г) давление в штоковой полоти ГЦ привода рукояти при раздельном движении; е) давления в поршневой полости ГЦ подъема стрелы при раздельном движении без учета деформации элементов гидропривода; ж) давление в штоковой полоти ГЦ привода рукояти при раздельном движении без учета деформации элементов гидропривода

169

Р1, МПа	Р2, МПа

а)

б)

Р1, МПа

Р2, МПа

в)

г)

Р1, МПа

Р2, МПа

д)

е)

Рис. 4.15. Расчетные зависимости для манипулятора ЛВ-185-07 при подаче

Q1 = Q2 = 1,0 10-3 м3/с, поворот рукояти с вертикального положения до упора, подъем стрелы с 15 до 62 , ау = 2,0 10-12 м3/(Па с), tн=0,8с:

а) давления в поршневой полости ГЦ подъема стрелы при совмещении движений; б) давление в штоковой полоти ГЦ привода рукояти при совмещении движений; в) давления в поршневой полости ГЦ подъема стрелы при раздельном движении; г) давление в штоковой полоти ГЦ привода рукояти при раздельном движении; е) давления в поршневой полости ГЦ подъема стрелы при раздельном движении без учета деформации элементов гидропривода; ж) давление в штоковой полоти ГЦ привода рукояти при раздельном движении без учета деформации элементов гидропривода

170

Р1, МПа	Р2, МПа

а)

б)

Р1, МПа

Р2, МПа

в)

г)

Р1, МПа

Р2, МПа

д)

е)

Рис. 4.16. Расчетные зависимости для манипулятора ЛВ-185-07 при подаче

Q1 = Q2 = 1,33 10-3 м3/с, поворот рукояти с вертикально положения до упора, подъ-

ем стрелы с 15 до 62 , ау = 2,0 10-12 м3/(Па с), tн=0,8с:

а) давления в поршневой полости ГЦ подъема стрелы при совмещении движений; б) давление в штоковой полоти ГЦ привода рукояти при совмещении движений; в) давления в поршневой полости ГЦ подъема стрелы при раздельном движении; г) давление в штоковой полоти ГЦ привода рукояти при раздельном движении; е) давления в поршневой полости ГЦ подъема стрелы при раздельном движении без учета деформации элементов гидропривода; ж) давление в штоковой полоти ГЦ привода рукояти при раздельном движении без учета деформации элементов гидропривода