Гидроманипуляторы и лесное технологическое оборудование Бартенев

71

Блок-схема алгоритма оптимизации параметров механизма привода рукояти представлена на рис. 2.17.

Рис. 2.17. Блок-схема алгоритма оптимизации параметров механизма привода рукояти

72

Предлагаемая методика апробирована на манипуляторах ЛВ-184А с грузовым моментом 52 кНм, ЛВ-185 с грузовым моментом 75 кНм и ЛВ-185-07 с грузовым моментом 90 кНм и ЛВ-190 с грузовым моментом 110 кНм.

Результаты расчетов сведены в таблицы, а по ним построены в пакете Quattro Pro графики ц= f( ); ц = f( ); ц = f(a); ц = f(b); ц = f(c);

ц = f(d).

По этим графикам можно судить о влиянии скорости движения штока на оптимальные значения параметров, а также влиянии принятых в конструкции значений параметров, отличающихся от оптимальных на величину полезного объема гидроцилиндра.

На рисунках 2.18 .2.23 представлены графики для манипулятора ЛВ-185-07. Для остальных манипуляторов получены подобные графики.

Оптимальное значение угла зависит от скорости движения штока, а полезный объем ГЦ во многом зависит от принятого значения угла (рис. 2.18). Оптимальное значение угла в зависимости от скорости движения штока ГЦ

	7,1
	6,9
	6,7
ц 103, м3	6,5					3
	6,3
					2
	6,1
					1
	5,9
	-30	-20	-10	0	10	20

, град.

Рис. 2.18. Графики зависимости полезного объема гидроцилиндра привода рукояти от угла при различных скоростях движения штока:

1– V= 0,05 м/с, = 9,62 , а = 0,66м, b = 0,300 м, с = 0,58 м, d = 0,220 м;

2– V= 0,10 м/с, = 12,6 , а = 0,66м, b = 0,300 м, с = 0,58 м, d = 0,225 м;

3– V= 0,15 м/с, = 14,4 , а = 0,68м, b = 0,302 м, с = 0,58 м, d = 0,205 м

														73
		7,2
		7
		6,8
3	3	6,6
ц 10 , м
		6,4
		6,2										3
		6								2
		5,8							1
		6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
								, град.
Рис. 2.19. Графики зависимости полезного объема гидроцилиндра привода рукояти
от угла при различных скоростях движения штока:
1 – V= 0,05 м/с, = -10 , а = 0,66м, b = 0,300 м, с = 0,58 м, d = 0,220 м;
2 – V= 0,10 м/с, = -10 , а = 0,66м, b = 0,300 м, с = 0,58 м, d = 0,225 м;
3 – V= 0,15 м/с, = -9 , а = 0,68м, b = 0,302 м, с = 0,58 м, d = 0,225 м

	7,1
	6,9
	6,7
											3
ц 103, м3	6,5
	6,3
	6,1									2
	5,9								1
	0,48	0,51	0,54	0,57	0,6	0,63	0,66	0,69	0,72	0,75	0,78
						а, м.

Рис. 2.20. Графики зависимости полезного объема гидроцилиндра привода рукояти от параметра а при различных скоростях движения штока:

1 – V= 0,05 м/с, = 9,62 , = -10 , b = 0,300 м, с = 0,58 м, d = 0,220 м; 2 – V= 0,10 м/с, = 12,6 , = -10 , b = 0,300 м, с = 0,58 м, d = 0,225 м; 3 – V= 0,15 м/с, = 14,4 , = -9 , b = 0,302 м, с = 0,58 м, d = 0,205 м

74

7,1
6,9
6,7
ц 103, м3 6,5
6,3
					2	3
6,1
					1
5,9
0,22	0,25	0,28	0,31	0,34	0,37	0,4
			b, м.

Рис. 2.21. Графики зависимости полезного объема гидроцилиндра привода рукояти от параметра b при различных скоростях движения штока:

1– V= 0,05 м/с, = 9,62 , = -10 , а = 0,66м, с = 0,58 м, d = 0,220 м;

2– V= 0,10 м/с, = 12,6 , = -10 , а = 0,66м, с = 0,58 м, d = 0,225 м;

3– V= 0,15 м/с, = 14,4 , = -9 , а = 0,68м, с = 0,58 м, d = 0,205 м

	7,1
	6,9
	6,7
ц 103, м3	6,5
	6,3									3
										2
	6,1
								1
	5,9
	0,44	0,47	0,5	0,53	0,56	0,59	0,62	0,65	0,68	0,71	0,74
						с, м.

Рис. 2.22. Графики зависимости полезного объема гидроцилиндра привода рукояти от параметра с при различных скоростях движения штока:

1– V= 0,05 м/с, = 9,62 , = -10 , а = 0,66м, b = 0,300 м, d = 0,220 м;

2– V= 0,10 м/с, = 12,6 , = -10 , а = 0,66м, b = 0,300 м, d = 0,225 м;

3– V= 0,15 м/с, = 14,4 , = -9 , а = 0,68м, b = 0,302 м, d = 0,205 м

75

	7,1
	6,9
								3
	6,7
ц 103, м3	6,5							2
	6,3
	6,1							1
	5,9
	0,1	0,13	0,16	0,19	0,22	0,25	0,28	0,31
					d, м.

Рис. 2.23. Графики зависимости полезного объема гидроцилиндра привода рукояти от параметра d при различных скоростях движения штока:

1– V= 0,05 м/с, = 9,62 , = -10 , а = 0,66м, b = 0,300 м, с = 0,58 м;

2– V= 0,10 м/с, = 12,6 , = -10 , а = 0,66м, b = 0,300 м, с = 0,58 м;

3– V= 0,15 м/с, = 14,4 , = -10 , а = 0,68м, b = 0,302 м, с = 0,58 м

находится в пределах 9,6 14,4 . Если при V=0,05 м/с принято значениеопт= 9,6 , то при увеличении скорости движения штока ГЦ до 0,15 м/с полезный объем ГЦ должен быть увеличен на 15% (рис.2.19).

Изменение параметра «а» ведет к значительному увеличению полезного объема ГЦ (рис. 2.20). Так, при V=0,05м/с и a=0,50м аопт полезный объем ГЦ на 16% выше минимального. Это же наблюдается и в случае с параметром «b» (рис. 2.21). Однако, при увеличении скорости движения штока в 3 раза при изменении параметра «с» полезный объем ГЦ возрастает всего на 7,5% (рис.2.22).

Оптимальное значение параметра «d» находится в пределах 0,13 d 0,22м

изависит от скорости движения штока гидроцилиндра (рис.2.23).

Осовершенстве кинематической схемы механизма привода рукояти манипулятора можно судить по относительному значению полезного объема гидроцилиндра

ц	ц	, м3/Нм,	(2.70)
	mgl p

76

где m – масса груза, кг;

g – ускорение сил тяжести, м/с2;

lp – длина рукояти с выдвинутым удлинителем, м;ц – полезный объем гидроцилиндра, м3.

Оптимальные значения параметров механизма привода рукояти манипуляторов ЛВ-184А, ЛВ-185, ЛВ-185-07, ЛВ-190 приведены в таблицах 2.2 2.5.

								Таблица 2.2
			Манипулятор ЛВ-184А
V, м/с	, град	, град	a, м	b, м	c, м	d, м	ц 103, м3		ц106
									м3/Нм
0,05	-30	6	0,550	0,20	0,60	0,200	2,50		0,102
0,10	-40	6	0,600	0,13	0,65	0,139	2,55		0,104
0,15	-30	6	0,568	0,15	0,60	0,139	2,70		0,112
факт	-30,25	7	0,565	0,211	0,593	0,139	5,02/3,06
знач

									Таблица 2.3
			Манипулятор ЛВ-185
V, м/с	, град	, град	a, м	b, м	c, м		d, м	ц 103, м3		ц106
										м3/Нм
0,05	-10	9,62	0,660	0,302	0,600		0,225	5,05		0,158
0,10	0	10,20	0,640	0,302	0,539		0,160	5,25		0,164
0,15	+15	9,00	0,720	0,340	0,540		0,220	5,41		0,169
факт	-10,76	11,42	0,476	0,302	0,539		0,225	9,81/7,32
знач

								77
								Таблица 2.4
			Манипулятор ЛВ-185-07
V, м/с	, град	, град	a, м	b, м	c, м	d, м	ц 103, м3		ц106
									м3/Нм
0,05	-10	9,62	0,660	0,300	0,580	0,220	6,00		0,157
0,10	-10	12,60	0,660	0,300	0,580	0,225	6,26		0,163
0,15	-9	14,40	0,680	0,302	0,580	0,205	6,46		0,168
факт	-10,76	11,48	0,476	0,302	0,539	0,225	9,81/7,32
знач

									Таблица 2.5
			Манипулятор ЛВ-190
V, м/с	, град	, град	a, м	b, м	c, м		d, м	ц 103, м3		ц106
										м3/Нм
0,05	-46	8,4	0,680	0,250	0,650		0,145	4,79		0,093
0,10	-42	8,2	0,680	0,205	0,665		0,190	5,00		0,0096
0,15	-35	9,0	0,680	0,205	0,650		0,197	5,30		0,102
факт	-11,7	7,5	0,680	0,250	0,650		0,197	12,26/9,15
знач

Из приведенных данных, полученных теоретическим путем, видно, что наиболее совершенными являются кинематические схемы механизма вращения рукояти манипуляторов ЛВ-190 и ЛВ-184А. При переходе от фактических значений параметров к оптимальным, полезный объем гидроцилиндра привода рукояти может быть снижен соответственно: для ЛВ-184А в 1,2 раза т.е. возмож-

на замена ГЦ 80х50х1000 на ГЦ 80х50х800; для ЛВ-185 в 1,44 раза, ЛВ-185-07 в 1,22 раза, т.е. возможна замена ГЦ 125х63х800 на ГЦ 100х63х800; для ЛВ-190 в 1,91, т.е. возможна замена ГЦ 125х63х1000 на ГЦ 100х63х1000.

78

2.4. Выбор типа и обоснование основного параметра механизма поворота рабочего органа гидроманипулятора

Из ротаторов с ограниченным углом поворота эксплуатационным и технологическим требованиям наиболее полно соответствует винтовой ротатор.

Винтовой ротатор (рис. 2.24) работает следующим образом. При подаче рабочей жидкости через штуцер 5 в гильзу 1 поршень 2 с закрепленным на нем винтом 4 перемещается вниз и совершает вращательное движение относительно гайки 3, закрепленной в гильзе. При подаче рабочей жидкости в гильзу через штуцер 6 поршень с винтом перемещается вверх и совершает вращательное движение.

Рис. 2.24. Схема винтового ротатора

Требуемый момент поворота ротатора зависит от момента инерции груза с грузозахватным органом и углового ускорения

M = J

2 n

,

(2.71)

t2

где J – момент инерции груза с грузозахватным органом, кгм2;n – угол поворота груза, рад;

t – время полного поворота груза, с.

79

Момент, развиваемый винтовым ротатором,

Mp= Rd2 2 cos2 (tg f1 ) ,

где R – осевое усилие, действующее на винт, Н; d2 – средний диаметр резьбы, м;

– угол подъема резьбы, град;

f1 – приведенный коэффициент трения, f1 = cos(f 2) ,

(2.72)

(2.73)

- угол профиля резьбы;

f – коэффициент трения материалов винта и гайки.

Оптимальным можно считать такой угол подъема резьбы, при котором полезный объем ротатора минимален, а следовательно, минимальна его масса.

Полезный объем ротатора при угле поворота =360 определяется по формуле:

			p= SFп,		(2.74)
	где S – ход резьбы;
		S = d2tg ,			(2.75)
	где - угол подъема резьбы, град;
	Fп – эффективная площадь поршня, м,
		Fп	= R		(2.76)
			p
	R – осевое усилие, действующее на винт, H;
	р – давление рабочей жидкости, Па.
	С учетом (2.72), (2.75) и (2.76) получим:
	р =		2 M ptg	,	(2.77)
		p cos2 (tg f1 )

где Мр – требуемый момент ротатора (Нм).

Для определения оптимального значения найдем производную от полез-

80

ного объема ротатора по углу подъема резьбы и приравняем нулю:

d p

2 M p 2sin2 (tg f1 ) f1

0;

(2.78)

d

p

cos2 (tg f1 ) 2

2 M p

0 ; 0 ; cos2 (tg f1 ) 2 0 ;

p

2sin2 (tg f1 ) f1

0 .

(2.79)

Решая уравнение при f1 =0,124, находим =25,l .

d p

0 ;

d p

0 .

d

0

d

0

25,1 0

25,1

0

Следовательно, = 25,10 является точкой минимума.

Пренебрегая потерями на трение поршня и гильзы, коэффициент полезного действия ротатора определяем как отношение полезной работы, совершаемой ротатором, к работе затраченной по перемещению поршня

		M p d	,	(2.80)
		RdSn

где d – элементарный угол поворота винта ротатора;

dSn – осевое перемещение поршня, соответствующее повороту винта на угол d

	dS n		d 2	d tg .				(2.81)
		2
Подставляя выражения (2.72) и (2.81) в (2.80), получим:
	cos2 (tg f				1	)	.	(2.82)
		tg

Максимальное значение к.п.д ротатора соответствует углу подъема резьбы= 25,1o. Итак, угол подъема резьбы = 25,1° является оптимальным, как с точки зрения минимальной массы ротатора, так и максимального значения его к.п.д.

Для определения влияния принятого в конструкции значения на полез-