УДК 621.86.06

АНАЛИЗ УСТОЙЧИВОСТИ НАВЕСНОГО ПОГРУЗОЧНОГО МАНИПУЛЯТОРА

Удовкин Александр Иванович
Азово-Черноморский инженерный институт
к.т.н., доцент

Аннотация
Дан анализ конструктивных особенностей исполнительного рабочего органа навесного погрузочного манипулятора в виде трёхгранной пирамиды, приведены результаты теоретических исследований, изложены вопросы, связанные с совершенствованием конструкции гидравлических манипуляторов.

Ключевые слова: навесной погрузочный манипулятор, рабочая зона, трёхгранная пирамида, устойчивость


STABILITY ANALYSIS OF A HINGED LOADING MANIPULATOR

Udovkin Aleksandr Ivanovich
Azov-Black Sea Engineering Institute
Ph.D., Associate Professor

Abstract
The analysis of design features of the Executive work which the body mounted a loading manipulator in the form of a trihedral pyramid, the results of theoretical research provided wife the issues related to improving the design water chip metallic manipulators.

Keywords: hinged loading arm, sta-bility, triangular piramid, work area


Библиографическая ссылка на статью:
Удовкин А.И. Анализ устойчивости навесного погрузочного манипулятора // Современная техника и технологии. 2015. № 12 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2015/12/8444 (дата обращения: 28.05.2017).

Известны два типа навесных погрузочных манипуляторов.
Наиболее распространен механизм (рис. 1.), который представляет собой два силовых гидроцилиндра, соединенных между собой и с грузоподьемной стрелой. Работает механизм за счет изменения длины гидроцилиндров. Соотношения длины звеньев такого механизма определяет его рабочую зону, в которой он работает устойчиво. Зоной устойчивости следует считать такую область пространства, перемещение груза в которую и возвращение его в исходное положение, возможно.
Известно /1/, что стержневая система становится геометрически изменяемой, если все стержни будут находиться в одной плоскости. Однако ещё до наступления геометрической изменяемости усилия в звеньях от действия силы веса перемещаемого груза могут достигать таких значений, при которых становится не возможным возвращение системы в первоначальное положение ввиду ограниченных возможностей гидравлической схемы. Более того, при развороте стрелы по горизонту возникает положение, при котором усилие в одном из гидроцилиндров меняет знак. Смена знака усилия приводит к тому, что система становится неуправляемой. Следовательно, именно это положение механизма следует считать граничным с точки зрения сохранения устойчивой работы. 
Выберем систему координат следующим образом (рис.1.): плоскость zox проведём вертикально через точки М1 и М2; плоскость zoу – вертикально через точку Ми начало координат. 
Положение точки М2 определяется длинами звеньев r1 , r2 ,r3 , которые можно выразить в аналитической форме в виде следующих зависимостей /2/:


                (1.1)

где координаты точек Мi..

Очевидно, что предельно возможное положение механизма, при котором усилия в гидроцилиндрах сохраняются по направлению, будет в том случае, когда М2 попадает в вертикальную плоскость, проходящую через Ми М3. Поскольку точка М3 находится на оси ох, а точка М1 в плоскости zoy,

то:

Вертикальная плоскость Р1, проходящая через точки М1 и М2 будет изменять своё положение в зависимости от положения точки М2. Так как эта плоскость параллельна оси oz, то её уравнение при условии бесконечно малого приращения координаты  имеет вид:
А1х+В1у+Д1=0                 (1.2.)

Рис. 1 – Схема к анализу исполнительного механизма в виде трехгранной пирамиды.

Для точек Ми М2 можно записать: 

                 (1.3)

Определим значение коэффициентов из (1.3.), тогда уравнение плоскости Р1 с учётом координат точек М1 и М2 примет вид:

                 (1.4.)

Рассуждая аналогично, и учитывая, что , получим уравнение плоскости Р2 с учётом координат точек М1 и М2:

                 (1.5)

Двугранный угол между плоскостями Р1 и Р2 , есть предельно возможный угол поворота механизма, при котором обеспечивается его устойчивая работа. Этот угол определится по выражению:

                 (1.6)

Учитывая уравнения (1.4) и (1.5) и принимая во внимание, что С1=0, получим:

                 (1.7)

Анализ выражения (1.7) показывает, что при y1 0, Cos 0, а 1,57 рад, причём наличие в выражении (1.8) линейного члена у1 говорит о том, что возможно получение отрицательного значения Cos, а значит угол может превышать значение 1,57 рад. 
На рис. 2 представлена зависимость допустимого угла поворота стрелы, по условию устойчивой работы механизма, от расстояния между нижними опорами гидроцилиндров , и взаимного расположения точки крепления стрелы М1 и нижних опор гидроцилиндров Ми М4. Можно отметить, что угол может превышать значение 1,57 рад. и асимптотически стремиться к 3,14 рад., причём, если до значения 1,57 рад., большее значение угла достигается при большем значении , то при 1,57 рад. картина изменяется и большее значение угла соответствует меньшему значению 

Рис. 2 – Зависимость допустимого угла поворота стрелы от параметров исполнительного механизма.

Таким образом, если заданы значения угла поворота и соответствующие длины звеньев, то основными параметрами, определяющими устойчивость трёхгранной пирамиды будет положение точки М1 в плоскости zoy и расстояние между нижними опорами гидроцилиндров (точки М3 и М 4). Определить положения этих точек можно решив систему уравнений, образованную из выражений (1.1) и (1.7):

                 (1.8)



На основании проведённых исследований устойчивости трёхгранной пирамиды были предложены технические решения на уровне изобретения/3,4/, обеспечивающие безопасность работы при значительном расширение рабочей зоны.


Библиографический список
  1. Потемкин А.П. Устойчивость работы погрузочного манипулятора. Сб. научных трудов Волгоградского СХИ, 1960, т.74, с. 77-79.
  2. Корк Г., Корк Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. – М.: Наука, 1984, 831 с.
  3. а.с. №  1090593  Манипулятор для проведения грузовых работ. Бюл. № 17, 07.05.84г.
  4. а.с. №  1298186  Навесное грузозахватное оборудование к погрузчику. Бюл. № 11, 23.03.87г.


Все статьи автора «Удовкин Александр Иванович»


© 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: