НЕСМИЯНОВ И.А., ВОРОБЬЁВА Н.С., ТУРЫГИН П.В. КИНЕМАТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПОГРУЗЧИКА С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ ГИДРОЦИЛИНДРОВ В МЕХАНИЗМЕ ПОВОРОТА СТРЕЛЫ

Ключевые слова: , ,


НЕСМИЯНОВ И.А., ВОРОБЬЁВА Н.С., ТУРЫГИН П.В. КИНЕМАТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПОГРУЗЧИКА С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ ГИДРОЦИЛИНДРОВ В МЕХАНИЗМЕ ПОВОРОТА СТРЕЛЫ


Библиографическая ссылка на статью:
// Современная техника и технологии. 2012. № 6 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2012/06/1157 (дата обращения: 01.10.2017).

Для механизации погрузочно-разгрузочных работ в сельскохозяйственном производстве необходимы различные типы погрузчиков: фронтальные и с поворотной колонной. Широкое применение в сельскохозяйственном производстве нашли погрузчики с консольно-поворотной стрелой. Одной из важнейших характеристик погрузчика является зона обслуживании, увеличение которой во многом расширяет и возможности погрузочного средства.

Особенность предлагаемой кинематической схемы погрузчика [1] заключается в том, что введённый в механизм поворота колонны дополнительный гидроцилиндр увеличивает угол поворота стрелы в горизонтальной плоскости без глобальных перемещений самого погрузчика (рис.1).

Рисунок 1 – Кинематическая схема погрузчика с последовательным соединением гидроцилиндров поворота колонны со стрелой.

На рис. 2 представлена структурная схема механизма поворота колонны погрузчика, для которого определим степень подвижности по формуле Чебышева:

W=3n-2p=3·6-2·8=2

где    n=3 – число подвижных звеньев;

p=8 – число одноподвижных пар 5 класса.

Степень подвижности W=2 говорит о том, что положение выходного звена 6 (колонны) зависит от двух обобщённых координат l1 и l2. Механизм поворота колонны является механизмом с внутренними входами и не распадается на группы Ассура.

Рисунок 2 – Структурная схема механизма поворота колонны погрузчика.

С целью получения компактного и рационального по кинематическим параметрам механизма рассмотрим его возможные компоновки и решим задачу определения линейных размеров звеньев механизма с целью получения наибольшего угла φ поворота выходного звена.

Граф механизма поворота представлен на рис. 3, где вершины – это звенья, рёбра графа – одноподвижные кинематические пары.

Рисунок 3 – Граф механизма поворота колонны

Опишем однозначные присоединения поводков кинематических пар, предварительно расчленив механизм (рис.2). Однозначно звено 3 присоединяется средним шарниром к стойке в точке О, туда же присоединяется поводок рычага 6.

Неоднозначные соединения: к стойке 0 можно присоединить как звено 1, так и 2, также как звено 1 или 2 тогда может присоединяться к звену 3. Аналогичная ситуация с присоединением звеньев 4 и 5 к стойке и рычагу 3.

С точки зрения структуры механизма от таких неоднозначных соединений цилиндров к звеньям его работоспособность не изменяется, однако с точки зрения кинематики, скорости и ускорения звеньев будут при различных вариантах разные, и будут зависеть от плеч рычага 3 и угла δ между этими плечами. Включение в работу штоковой (Ш) или поршневой (П) полостей гидроцилиндров будут оказывать влияние на скорость движения выходных звеньев. Варианты возможных управляемых движений стрелы приведены в табл.1.

Таблица 1

Варианты совместной работы гидроцилиндров

Угол поворота колонны зависит как от линейных размеров рычагов, так и от параметров исполнительных гидроцилиндров [2].

Для механизма поворота колонны с исполнительными гидроцилиндрами ЦГ-50.30х320.22 и для найденных в результате геометрического синтеза межосевого расстояния h=602 мм и длины рычага 6 l1=300 мм определены зависимости изменений угла поворота рычага l1 при изменении длины гидроцилиндра от l2min=522 мм до l2max=842 мм (рис.4).

Рисунок 4 – Зависимость угла поворота рычага поворотной колонны от удлинения одного цилиндра (нижний график) и одновременного удлинения двух цилиндров (верхний график).

Полученные зависимости  изменения угла  φ1 нелинейны, в итоге получим нелинейные законы изменения скоростей и ускорений.

Определим скорости движения штоков гидроцилиндров механизма порота колонны со стрелой исходя из типоразмеров гидроцилиндров, принятых ранее и насоса НШ-32-УЖ3.

Площади сечения полостей гидроцилиндра ЦГ-50.30х320.22 составляют:

поршневая полость

Ап=0,25πD2=0,25π0,052=0,00196 м2,

штоковая полость

Ашт=0,25π(D2-d2)= 0,25π(0,052-0,032)= 0,00126 м2.

Коэффициент отношения площадей сечений

Ψ=Апшт=0,00196/0,00126=1,56.

Для насоса НШ-32-УЖ3 номинальная подача рабочей жидкости составляет Q=1,1437·10-3 м3/с, с учетом того, что одновременно работают два гидроцилиндра, то подача рабочей жидкости составляет Qц=Q/2=0,57·10-3 м3/с, и тогда скорость штока гидроцилиндра:

При нагнетании в поршневую полость

Vп=Qцп=0,29 м/с,

При нагнетании в штоковую полость

Vшт=Qцшт=0,45 м/с.

При этом, для принятого значения l1=300 мм средние угловые скорости поворота колонны составляют соответственно ωср=0,97 с-1 и ωср=1,5 с-1.

Используя таблицу 1 проанализируем диапазон возможных скоростей поворотной колонны при раздельной и совмещенной работе гидроцилиндров Ω=ω1±ω2 при различных режимах их работы (при нагнетании рабочей жидкости в штоковую) или поршневую полости).

Вариант 1. Шток первого гидроцилиндра соединен с цилиндром (корпусом) второго.

Таблица 2

Возможные комбинации сложения угловых скоростей колонны по варианту 1

Цилиндр 1

Рабочая полость

0

ω1

0,97

0,97

0

0,97

-1,5

Цилиндр 2

Рабочая полость

0

ω2

0,97

0

-1,5

-1,5

-1,5

Ω, с-1

1,94

0,97

-1,5

-0,53

-3

 

Из таблицы 2 видно, что при поворотах колонны в разные стороны диапазоны скоростей различны (рис.5).

 

Вариант 2. Шток первого цилиндра соединен со штоком второго.

Таблица 3

Возможные комбинации сложения угловых скоростей колонны по варианту 2

Цилиндр 1

Рабочая полость

0

0

ω1

0,97

1,5

0

0,97

0

Цилиндр 2

Рабочая полость

0

0

ω2

1,5

0,97

-0,97

0

0

Ω, с-1

2,47

2,47

-0,97

0,97

0

 

Для варианта 2 диапазоны скоростей при различных режимах работы цилиндров приведены на рис.6.

 Рисунок 5 – График скоростей поворота колонны при различных режимах работы цилиндров (Вариант 1).

 Рисунок 6 – График скоростей поворота колонны при различных режимах работы цилиндров (Вариант 2).

Как видно, второй вариант позволяет получить одинаковые угловые скорости поворота колонны в разные стороны при различных режимах работы гидроцилиндров, следовательно тандемная установка гидроцилиндров по варианту 2 оптимальна с точки зрения удобства управления и динамичности протекаемых процессов.

Соединение гидроцилиндров по первому варианту также может эффективно применяться для конкретных технологических процессов грузопереработки, когда стрела с грузом поворачивается с одной скоростью, а на холостом повороте в противоположную сторону перемещается быстрее, динамичность процессов не увеличивается, а время холостого пробега меньше.

Основные преимущества предлагаемой кинематической схемы привода поворотной колонны погрузчика:

1.                При угле поворота стрелы в горизонтальной плоскости 75о, поворот колонны дополнительным цилиндром расширяет зону до 150о. Угол поворота стрелы естественно зависит от хода поршня цилиндра.

2.                Поворот стрелы может происходить при угловой скорости, почти в два раза превышающую скорость одной из составных частей колонны, т.к. угловые скорости складываются. Асинхронной работой обоих цилиндров можно добиться более медленного поворота.

 

 Литература

  1. Патент РФ №2323154 МПК В66С 23/86. Гидропривод поворотной колонны погрузчика. Несмиянов И.А., Рыпакова Н.С., Рогачёв А.Ф. Опубл. 27.04.2008. Бюл. №12.
  2. Герасун В.М., Несмиянов И.А., Турыгин П.В. Рычажные механизмы в телескопических стрелах погрузочных манипуляторов.// Тракторы и сельхозмашины. 2011. №8. С.32-35.

 



Все статьи автора «Несмиянов Иван Алексеевич»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: