УДК 621.86.06

ХАРАКТЕРИСТИКА НАВЕСНОГО ПОГРУЗОЧНОГО МАНИПУЛЯТОРА КАК ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

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

Аннотация
Дан анализ конструкции навесного погрузочного манипулятора как динамической системы. Определены основные допущения при составлении расчетной схемы. В качестве возмущающего воздействия рассмотрено дополнительное усилие, возникающее при торможении опускаемого груза, величина которого зависит от времени срабатывания
гидрораспределителя системы управления.

Ключевые слова: возмущающее воздействие, гармонические колебания, динамическая нагрузка, навесной погрузочный манипулятор, расчетная схема, тензометрирование


THE CHARACTERISTIC HINGED LOADING MANIPULATOR AS A DYNAMIC SYSTEM

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

Abstract
The analysis hinged loading of the manipulator dynamics as obtained from the system. Identified key assumptions when preparing the calculation of the Noi scheme. As the disturbance considered additional force arising during braking of the load is lowered, the value of which depends on the response time of the valve systems management.

Keywords: disturbance, dynamic load, harmonics calculation circuit, hinged loading arm, tenzometricheskie


Библиографическая ссылка на статью:
Удовкин А.И. Характеристика навесного погрузочного манипулятора как динамической системы // Современная техника и технологии. 2016. № 1 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2016/01/9350 (дата обращения: 01.10.2017).

Навесной погрузочный манипулятор представляет собой механизм, основой которого служит шасси базовой машины, свободно стоящие на грунте и опирающиеся на пневматические колёса, а несущая рама манипулятора, связанная с базой машиной посредством трёхточечной навесной системы, опирается на жёсткие аутригеры. Движение звеньев манипулятора сообщается силовыми гидроцилиндрами. Характеристики упругости звеньев с небольшими допущениями имеют линейный характер, поэтому во время переходных процессов изменение деформации звеньев приводит к появлению сил упругости пропорциональных их величине и стремящихся вернуть конструкцию в исходное положение. Изменение деформации отдельных звеньев является результатом действия внешних нагрузок и инерционности масс несущей рамы и базовой машины. 
Таким образом, при составлении расчётной схемы навесного погрузочного манипулятора, его следует рассматривать как консервативную колебательную систему с определённым числом масс и степеней свободы, в котором рабочие нагрузки являются возмущающими факторами, а силы упругости восстанавливающими. 
Расчётная схема навесного погрузочного манипулятора, при исключении всех второстепенных условий, должна отражать основные качества конструкции. При этом следует тщательно учитывать специфику рабочих процессов с целью выявления наиболее характерных и наименее благоприятных условий её работы. При выборе допущений необходимо учитывать задачи исследований. Это позволяет конкретизировать задачу за счёт выделения условий, отвечающих исключительно поставленным целям. 
Известно, что колебания, совершаемые системой с постоянными массами и линейными характеристиками упругих связей являются гармоническими. Число гармоник определяется количеством масс, совершающих колебания, а также числом степеней свободы механической системы. Влияние различных масс на суммарное колебание не равноценно и зависит от величины массы, её расположения в системе и количественных показателей её упругих связей. Поскольку масса навесного погрузочного манипулятора и масса перемещаемого груза постоянны, упругие связи принимаются линейными, то данная колебательная система может считаться гармонической. С целью упрощения её анализа можно пренебречь действием масс, оказывающих второстепенное влияние, т.е. выбрать для анализа гармоники, имеющие максимальные амплитуды. 
Во время пробного тензометрирования на осциллограммах было отмечено присутствие только трёх гармоник с частотами 0,3; 0,45 и 1,3 периода в секунду. Заслуживают внимания две последние, т.е. их амплитуды значительно превышают амплитуду первой. Причём, при анализе не было замечено изменений по частоте одноимённых гармоник, отсутствовали также какие-либо искажения формы свободных колебаний- узлы, биения. На основании этого факта можно сделать вывод, что процесс колебания конструкции НПМ определяется поведением трёх масс, причём можно предположить, что низшая гармоника соответствует колебаниям массы базовой машины, затем следуют колебания массы опорной рамы и массы перемещаемого груза. 
При построении расчётной схемы нас прежде всего интересуют экспериментальные значения динамических нагрузок, возникающих в наиболее невыгодном, с точки зрения сохранения устойчивости угле поворота стрелы в горизонтальной плоскости. Очевидно, что таким положением будет положение стрелы перпендикулярное боковому ребру опрокидывания. При этом могут иметь место различные режимы работы манипулятора. Наиболее благоприятными являются разгон при подъёме и торможение при опускании груза, т.к. в этих случаях динамическая нагрузка совпадает по направлению со статической и суммируется с ней в самом начале переходного процесса (в первом полупериоде колебаний). Причём, известно /44/, что ускорения, а следовательно и динамические нагрузки при гидравлическом торможении превышают ускорения пуска на 3035%. На основании выше изложенного можно предположить, что максимальные нагрузки на навесной погрузочный манипулятор возникнут при торможении опускаемого груза.
В работе /1/ показано, что при рассмотрении колебаний экипажей на упругих опорах можно без большой погрешности заменить одну сторону упругих опор на жёсткие, что позволит сократить число степеней свободы рассматриваемой системы. Исходя из этого считаем, что колебания НПМ совершаются вокруг дополнительно введённых шарниров, располагающихся на ребре опрокидывания машины. 
Таким образом, расчётную схему можно представить в виде, показанном на рис. 1. Причиной возникновения возмущающего воздействия является работа гидропривода. Полный учёт работы гидропривода требует составления по крайней мере четырёх дополнительных дифференциальных уравнений и является весьма громоздким, в тоже время, как показано в работе /84/, действие быстро исчезающих сил (именно такие силы возникают в режиме торможения опускаемого груза) можно оценить их импульсом, причём движение системы определяется лишь величиной импульса, а характер изменения силы за время её действия неважен.
Известно /2/ выражение для определения нагрузки в грузозахватном оборудовании: 

где - нагрузка в грузозахватном оборудовании;

u – скорость опускания груза;

m –  масса груза;

c – приведённая жёсткость грузозахватного оборудования;

G – сила тяжести массы груза.


а)

б)Рисунок 1 – Схема навесного погрузочного манипулятора: 
а) условная; б) расчетная.

В общем случае выражение для динамической составляющей может быть представлено в виде,

где Т- время действия динамической составляющей.

Возмущающее воздействие вызывающее дополнительное динамическое нагружение опорных элементов навесного погрузочного манипулятора, можно рассматривать как силу, действующую некоторое время Т, которое в основном определяется временем срабатывания гидрораспределителя (временем переходного процесса).


Библиографический список
  1. Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле. Наука, М.,1967, 444 с.
  2. Комаров М.С. Динамика грузоподъемных машин, изд. 2-е – М.-К.: Машгиз, 1962, с. 267.


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: