Проектирование Металлоконструкций Лесного Манипулятора Диссертация
Проектирование Металлоконструкций Лесного Манипулятора Диссертация
Совершенствование кинематики, динамики и конструкции лесопромышленных гидроманипуляторов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.01, доктор технических наук Емтыль, Зауркан Камболетович
Емтыль, Зауркан Камболетович
доктор технических наук
2002
Специальность ВАК РФ 05.21.01
Количество страниц 439
Рекомендованный список диссертаций по специальности «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства», 05.21.01 шифр ВАК
Совершенствование конструкции лесопромышленных манипуляторов на основе математического моделирования рабочих процессов 2000 год, кандидат технических наук Татаренко, Александр Петрович
Совершенствование гидропривода и параметров лесопромышленных гидроманипуляторов 2004 год, кандидат технических наук Смыков, Александр Алексеевич
Рабочие процессы лесохозяйственных машин с гидроприводом 2001 год, доктор технических наук Попиков, Пётр Иванович
Оценка динамической нагруженности и оптимизация трехзвенных гидравлических кранов-манипуляторов транспортно-технологических машин для сварки трубопроводов 2011 год, кандидат технических наук Лагерев, Игорь Александрович
Обоснование выбора параметров и конструктивной схемы гидропривода стрелы на основе анализа эксплуатационных требований к устойчивости экскаватора 2004 год, кандидат технических наук Кондратьева, Любовь Юрьевна
Похожие диссертационные работы по специальности «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства», 05.21.01 шифр ВАК
Определение нагруженности крано-манипуляторных установок при переходных режимах работы 2006 год, кандидат технических наук Сагдеев, Константин Борисович
Повышение эффективности сельскохозяйственных манипуляторов за счет улучшения динамических характеристик гидропривода 1999 год, кандидат технических наук Несмиянов, Иван Алексеевич
Переходные процессы в элементах конструкции поворотного лесопогрузчика с комбинированным манипулятором 2002 год, кандидат технических наук Корниенко, Владимир Владимирович
Нагруженность силовых установок валочно-трелевочных и валочно-пакетирующих машин в режимах разгона и стопорения 2000 год, кандидат технических наук Мурычев, Борис Валентинович
Повышение эффективности силового привода лесозаготовительного оборудования применением материалов с эффектом памяти формы 2006 год, кандидат технических наук Коновалов, Максим Николаевич
1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования.
1.1. Типы манипуляторов и область их применения.
1.2. Компоновочно-кинематические схемы гидравлических манипуляторов и их соответствие предъявляемым требованиям.
1.2.1. Механизмы подъема стрелы и привода рукояти.
1.2.2. Кинематическая схема механизма поворота манипулятора.
1.2.3. Механизмы поворота рабочего органа (ротаторы).
1.3. Современный технический уровень погрузочно-разгрузочных манипуляторов.
У* 1.4. Динамическая нагруженность манипуляторов лесозаготовительных и лесохозяйственных машин в различных режимах.
1.5. Напряженное состояние металлоконструкции гидравлических манипуляторов.
2. Теоретические основы выбора параметров кинематических схем механизмов гидроманипуляторов с учетом инерционных сил.
2.1. Обоснование основных параметров механизма подъема стрелы. 2.2. Обоснование параметров и эффективности применения * гидроманипулятора с изменяемой кинематической схемой механизма подъема стрелы (переменным грузовым моментом).
2.3. Обоснование основных параметров механизма привода рукояти манипулятора с учетом инерционных сил.
2.4. Выбор типа и обоснование основного параметра механизма поворота рабочего органа гидроманипулятора. * Выводы.
3. Исследование влияния податливости рабочей жидкости и элементов гидропривода на оптимальные значения параметров и динамическую нагруженность гидроманипулятора.
3.1. О сжимаемости рабочей жидкости в общей системе податливости гидропривода.
3.2. Влияние податливости рабочей жидкости и элементов гидропривода на динамическую нагруженность и параметры механизма подъема стрелы.
3.3. Исследование динамической нагруженности манипулятора при торможении опускающейся стрелы с грузом с учетом податливости рабочей жидкости.
3.4. Исследование влияния податливости рабочей жидкости и элементов гидропривода на динамическую нагруженность механизма поворота гидроманипулятора.
3.5. Исследование влияния податливости рабочей жидкости и элементов гидропривода на динамическую нагруженность и параметры механизма привода рукояти.
3.6. Влияние податливости рабочей жидкости и внутренних перетечек на динамическую нагруженность винтового ротатора. Выводы.
4. Исследование динамической нагруженности манипулятора при совмещении движений звеньев и определение эффективности совмещения.
4.1. Исследование динамической нагруженности гидравлического манипулятора и обоснование целесообразности совмещения операций подъема стрелы и вращения рукояти.
4.2. Влияние податливости рабочей жидкости и элементов гидропривода на динамическую нагруженность гидроманипулятора при совмещении движений подъема стрелы и вращения рукояти.
4.3. Влияние совмещения движений подъема стрелы и поворота колонны гидроманипулятора на его динамическую нагруженность.
4.4. Динамический расчет металлоконструкции манипулятора с учетом изгибной жесткости звеньев.
4.5. Исследование динамической нагруженности манипулятора от раскачивания груза в плоскости подъема стрелы.
5. Механико-технологические основы совершенствования конструкции гидроманипулятора.
5.1. Совершенствование шарнирных узлов гидравлических манипуляторов.
5.2. Особенности грузовысотной характеристики гидроманипулятора и ограничения грузоподъемности (грузового момента).
5.3. Исследование изменения давления в двух гидроцилиндрах механизма подъема стрелы гидроманипулятора.
5.4. Некоторые направления повышения надежности металлических конструкций гидроманипуляторов.
6. Программа, методы и результаты экспериментальных исследований динамики гидропривода механизмов гидроманипулятора.
6.1. Исследование динамики гидропривода механизмов манипулятор.
Актуальность темы. Основной целью научно-технического прогресса в лесном комплексе является разработка и внедрение в производство прогрессивных технических и технологических решений, обеспечивающих повышение производительности, снижение материало- и энергоемкости процессов и операций, уменьшающих вредное воздействие на окружающую среду и оператора. Это возможно при оснащении предприятий отрасли машинами высокого технического уровня.
Особое место в общей системе машин для лесного комплекса занимают машины манипуляторного типа. Применение их позволило лесной отрасли перейти на индустриальную основу, заменить ручной труд машинным и тем самым повысить производительность труда и улучшить условия работы. Поэтому одним из приоритетных направлений в лесном машиностроении было и остается оснащение производства высокоэффективной техникой, оборудованной манипуляторами.
Манипуляторы применяют в валочных, валочно-пакетирующих, валочно-трелевочных, валочно-сучкорезно-раскряжевочных, погрузочно-транспортных, передвижных и стационарных рубительных, сортировочно-пакетирующих и других агрегатных машинах, используемых как на рубках главного пользования, так и на лесоводственных уходах.
Погрузочно-разгрузочный манипулятор эффективен в составе различных лесных машин, в том числе и хлыстовозов. Наиболее эффективен манипулятор в составе сортиментовозов, перспективность которых определяется тенденцией к неуклонному росту доли сортиментной вывозки /195/, особенно в Европейской части России.
В современных условиях рыночных отношений, когда развернулась острейшая конкурентная борьба между предприятиями-производителями гидравлических манипуляторов, как отечественными (более 20 предприятий), так и зарубежными, особенно фирма «Логлифт» с богатейшим опытом и традициями, большое значение имеет повышение производительности и надежности, снижение материалоемкости лесозаготовительных и лесохозяйственных машин путем совершенствования кинематики, динамики и конструкции. Высокий технический уровень манипуляторов в сочетании с умеренной ценой, наличие сети сервисного обслуживания - вот непременные условия конкурентоспособности предприятия в современных условиях.
Однако, отечественные манипуляторы по своим параметрам и техническому уровню уступают лучшим зарубежным образцам. Они имеют более низкаую надежность, большую удельную материалоемкость, более низкую производительность. Созданию и внедрению манипуляторов высокого технического уровня препятствует то, что еще некоторые вопросы кинематики, динамики и компоновки гидроманипуляторов недостаточно исследованы. Не изучены влияние инерционных сил на параметры и режим работы механизмов подъема стрелы и привода рукояти, возможность совмещения движения отдельных звеньев и влияние этого на динамическую нагруженность манипулятора. Недостаточно изучено влияние податливости рабочей жидкости и элементов гидропривода на кинематические параметры и динамическую нагруженность механизмов и звеньев манипулятора.
Все это указывает на то, что тема диссертационной работы актуальна. Научные исследования и конструкторские разработки проводились в рамках Целевой комплексной программы Комитета по науке и технике при Совета министров СССР ОЦ.029 на 1980-1990г.г., отраслевых программ повышения технического уровня лесозаготовительных машин Минстройдормаша и Минлеспро-ма СССР на 1985-1990г.г., Государственной научно-технической программы "Российский лес" Миннауки России на 1993-1997 г.г., Федеральной целевой программы "Леса России" на 1997-2000 г.г., принятой Постановлением правительства РФ №1240 от 26.09.97 г., стратегией развития лесного машиностроения на период до 2010 года Минэкономики РФ.
Цель работы - повышение производительности, надежности, снижение материалоемкости лесопромышленных гидроманипуляторов на основе совершенствования их кинематики, динамики и конструкции, позволяющие получить технико-экономический эффект на этапах проектирования, изготовления и эксплуатации.
В соответствии с целью работы поставлены следующие основные задачи: 1. Обоснование: параметров кинематики механизмов манипулятора с учетом инерционных сил;
- эффективности применения и параметров манипулятора с изменяемой кинематической схемой механизма подъема стрелы;
2. Исследование: динамики гидропривода механизмов манипулятора при раздельном и совместном движении звеньев с учетом влияния податливости рабочей жидкости, элементов гидропривода, утечек и конструктивных параметров; влияния совмещения движений звеньев на динамическую нагружен-ность и производительность манипулятора. 3. Разработка:
- конструктивных мероприятий, направленных на снижение материалоемкости и повышение долговечности за счет применения в шарнирных узлах современных антифрикционных материалов и уточненного расчета элементов металлоконструкции в местах действия сосредоточенных сил; методики динамического расчета металлоконструкции манипулятора с учетом изгибной жесткости звеньев; конструкции механизма поворота рабочего органа (ротатора) нового типа и оптимизация его параметров по показателям металлоемкости и быстродействия; перспективных конструкций манипуляторов и их испытания;
- рекомендаций и предложений конструкторам, научным организациям и машиностроительным предприятиям по выбору параметров и повышению технического уровня лесопромышленных манипуляторов;
4. Провести комплексные экспериментальные исследования опытных образцов перспективных конструкций лесопромышленных манипуляторов.
Научная новизна работы. Разработана методика оптимизации параметров кинематических схем механизмов подъема стрелы и привода рукояти с учетом инерционных сил, возникающих при установившемся движении штоков гидроцилиндров с использованием ЭВМ по критериям металлоемкости и быстродействия, позволяющая оценить влияние скоростей движений штоков гидроцилиндров на оптимальные значения параметров кинематических схем. Выявлена целесообразность применения и обоснованы параметры манипулятора с изменяемой кинематической схемой механизма подъема стрелы.
Разработаны математические модели механизмов манипулятора с учетом податливости рабочей жидкости и элементов гидропривода, позволяющие на этапе проектирования наиболее полно и объективно оценить нагрузки на механизмы и звенья манипулятора как в переходных режимах, так и при установившемся режиме работы гидропривода, дать оценку влияния податливости рабочей жидкости и элементов гидропривода на динамическую нагруженность и параметры механизмов манипулятора.
Разработана методика исследований динамической нагруженности манипулятора при совмещении движений различных звеньев с применением ЭВМ и определена целесообразности такого совмещения, позволяющего повысить технический уровень манипулятора на стадии проектирования. Установлено влияние податливости рабочей жидкости и элементов гидропривода на динамическую нагруженность манипулятора при совмещении движений.
Предложена методика построения грузовысотной характеристики с применением ЭВМ, установлено влияние параметров кинематических схем механизмов подъема стрелы и привода рукояти на грузовысотную характеристику манипулятора.
Разработана методика динамического расчета металлоконструкции с учетом изгибной жесткости звеньев, определены коэффициенты динамичности для разных звеньев манипулятора.
Разработана, с обоснованием основного параметра, конструкция механизма поворота рабочего органа - винтовой ротатор, исследована его динамическая нагруженность в различных режимах, установлена эффективность его применения. Экспериментальным путем определены значения коэффициентов в формулах для расчетов верхнего поясного листа короба рукояти. Обоснована конструкция "Мобильная установка для первичных лесотранспортных работ при рубках ухода в горных условиях", с применением перспективной конструкции манипулятора, новизна которой защищена патентом РФ №2128594.
Основные положения диссертации, выносимые соискателем на защиту:
- математические модели совместного движения звеньев: стрела-рукоять, стрела-колонна как без учета так и с учетом податливости рабочей жидкости и элементов гидропривода, позволяющие установить влияние совмещения движения на динамическую нагруженность и производительность манипулятора;
- математические модели механизмов манипулятора с учетом податливости рабочей жидкости, элементов гидропривода и утечек, позволяющие определить их динамическую нагруженность при различных режимах;
- методика оптимизации основных параметров механизмов подъема стрелы и привода рукояти лесопромышленных гидроманипуляторов с учетом инерционных сил;
- методика обоснования параметров и эффективности применения манипулятора с изменяемой кинематической схемой механизма подъема стрелы (с переменным грузовым моментом);
- моделирование процесса совместной работы двух гидроцилиндров механизма подъема стрелы и определение эффективности их применения;
- методика динамического расчета металлоконструкции гидроманипулятора с учетом изгибной жесткости звеньев;
- методика построения грузовысотной характеристики с учетом параметров механизмов манипулятора;
- конструкция механизма поворота рабочего органа (ротатора) нового типа, обоснование основного параметра, исследование динамической нагруженности его в различных режимах;
- методика выбора материалов и совершенствования конструкции шарнирных соединений манипуляторов.
Объектом исследований являются лесопромышленные гидроманипуляторы отечественного производства, в том числе серийно производимые в ОАО "Майкопский машиностроительный завод". Теоретические исследования кинематических параметров манипулятора проводятся аналитическим методом с применением ЭВМ, что позволяет повысить точность и многократно сократить время анализа.
При решении задач динамической нагруженности механизмов манипулятора применяются численные методы, позволяющие учесть максимальное число факторов и тем самым максимально приблизить математические модели к реальной картине нагружения механизмов. Применение ЭВМ в решении задач позволяет легко варьировать входными параметрами и устанавливать их влияние на динамическую нагруженность механ9Ш8®риментальные исследования с целью подтверждения результатов теоретического анализа проведены на натурных образцах манипуляторов путем тензометрирования в испытательном центре "Испытатель", аккредитованном Госстандартом России.
Практическая значимость работы. Предложенные методики позволяют ^ обосновать: по показателю металлоемкости и быстродействию параметры механизма подъема стрелы; параметры и эффективность применения манипулятора с изменяемой кинематической схемой механизма подъема стрелы (с переменным грузовым моментом), позволяющего уменьшить номенклатуру манипуляторов в 1,5-ь2 раза и снизить удельную материалоемкость на 20-5-30%; параметры механизма привода рукояти; выявить зависимость оптимальных значений параметров от скорости движения штока гидроцилиндра; повышение производительности и снижение динамических нагрузок при совмещении движений звеньев манипулятора; применение одного гидроцилиндра вместо двух на механизме подъема стрелы. Установлено: влияние подат-^ ливости рабочей жидкости и элементов гидропривода на динамическую на-груженность и оптимальные значения параметров механизмов манипулятора как при раздельном движении, так и при совмещении движений; влияние параметров механизма подъема стрелы и привода рукояти на грузовысотные характеристики манипулятора.
Разработанная конструкция винтового ротатора обеспечивает заданный ресурс, равный ресурсу манипулятора, и соответствует эксплуатационным требованиям.
Предложенная методика динамического расчета металлоконструкции < 4 манипулятора позволяет на стадии проектирования определять коэффициент ^ динамичности для различных звеньев с учетом скорости движения штока гидроцилиндра и параметров кинематической схемы механизма подъема стрелы.
Предложенные таблицы значений коэффициентов в формулах для расчетов верхнего поясного листа короба рукояти позволяют учесть дополнительные напряжения от местного изгиба, и тем самым повысить надежность металлоконструкции рукояти.
Даны рекомендации по изменению конструкции и применяемых материалов в шарнирных узлах манипулятора с целью увеличения ресурса и снижения затрат на их обслуживание.
Реализация работы. Методика оптимизации кинематических параметров и исследования динамической нагруженности манипулятора внедрены на предприятиях ОАО Концерн "Лесмаш" на стадии проектирования и производства манипуляторов. На ОАО "Майкопский машиностроительный завод" внедрены в производство винтовой ротатор, манипулятор с переменным грузовым моментом и манипулятор с совмещением движений звеньев, методика построения грузовысотной характеристики, математические модели механизмов.
Апробация работы. Предлагаемые методики апробированы на манипуляторах ЛВ-184А, ЛВ-184А-06, ЛВ-185-03, ЛВ-185-07, ЛВ-190, серийно изготавливаемых ОАО "Майкопский машиностроительный завод". Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях в том числе в международных в ЦНИИМЭ (1987-1989г.г.), МГТИ (1996-2000г.г.) АГУ (1996-1997), ВГЛТА (1996-2000г.г.), КБГУ (1998).
Структура и объем работы. Диссертация содержит 339 страниц машинописного текста, 32 таблицы, 158 рисунков, библиографический список из 221 наименований и приложений, включающих 79 страниц машинописного текста.
4.1. Рекомендовать манипулятор ЛВ-184А в комплектации ЛВ-184А.00.000-06 серийному производству с присвоением конструкторской документации литеры "А" после положительного заключения АО "ШИИстройдормаш.
4.2. Протокол типовых испытаний манипулятора ЛВ-184А от 8. 10.1998г. является неотъемлемой частью настоящего акта.
В.Г.Питеев З.А.Фрицлер А.А.Смыков А.П.Шевчегг
-----чтаяй^аводах лесного машиностроения, входящих в состав ОАО "КОНЦЕРН ЛЕСМАШ", внедрены предложенные соискателем следующие работы:
- - аналитический метод оптимизации параметров механизмов ма
• нипулятора с учетом инерционных сил, позволяющий значительно сократить сроки разработки манипуляторов более высокого технического уровня;
- манипулятор с переменным грузовым моментом, прошедший приемочные испытания и рекомендованный к серийному производству на предприятиях ОАО "КОНЦЕРН ЛЕСМАШ";
- методика исследования динамической нагруженности и определения целесообразности совмещения движений звеньев манипулятора,
4 внедренных на заводах "ВЕЛМАШ", "Пожмаш", "Майкопский МЗ", позвоф, ляющая повысить их производительность и конкурентоспособность;
- с 1996 года освоено серийное производство механизма поворота рабочего органа манипулятора - винтового ротатора;
- внедрена на "Майкопском МЗ" методика упрощенного динамического расчета, позволяющая определять коэффициент динамичности различных звеньев на стадии проектирования;
- внедрена на предприятиях Концерна методика расчета верхнего поясного листа короба рукояти;
- рекомендован к серийному производству гидроманипулятор с двухконтурной гидросхемой и двумя насосами;
- гидросхема механизма подъема стрелы, позволяющая при торможении опускающейся стрелы с грузом снизить коэффициент динамичности в 1,5 - 2 раза
- разработаны математические модели механизмов манипулятора с учетом податливости рабочей жидкости и элементов гидропривода, позволяющие на этапе проектирования с высокой степенью точности
41 определять нагрузки, преодолеваемые механизмами в процессе работы, и наиболее точно проводить силовые и прочностные расчеты.
X Внедрение результатов работ соискателя на предприятиях ОАО
КОНЦЕРН ЛЕСМАШ" дает экономический эффект в сумме 14000 тысяч рублей при годовом объеме производства манипуляторов 500 штук. emt.il
Главный специалист ОАО "КОНЦЕРН ЛЕСМАШ"
4.1. Манипулятор 1В-184А.комплектации 1В-184А.00.000-06 соответствует ТУ 4851-075-00239161-98. Средний ресурс до первого катального ремонта в объёме 6000 н машинного времени подтвержден.
4.2. Основные детали и сборочные единицы находятся в работоспособном состоянии.
4.3. Подтверждена эффективность применения гидроцилиндра, перемещающего верхнюю опору; гидроцилиндра подъёма стрелы, обеспечивающего увеличение грузового момента с 52 до 75 кНм.
АКТ типовых испытаний манипулятора ЛВ-184А. б комплектации ЛВ-184А.00.000-06 г.Майкоп
Комиссия в сотаве: председателя комиссии Афаейжева К.С.
Шевченко А.П, Фрицлера В.А. Смнкова А.А. октября 1998 г председателя комитета по лесу Республики Адыгея
Инспектора отдела по надзору за подъемными сооружениями Северокавказского округа Госгортехнад-зора России
Заведующего лабораторий гса*.":: • :&ккпуля?сров АС "БККИстройдс? кандидата технических наук главного конструктора ИИК 'Тер;:-:-г экол" кандидата технических наук Эректора ЙЦ "Испытатель"
1ам.главного инженера ОАО "Майкоп ский маши ко строит ельный завод" ведущего конструктора ОАО "Майкоп ский машиностроительный завод" назначенная приказом по ОАО "Майкопский машиностроительный завод" $ 59 от 14.ТО.98г., рассмотрела материалы типовых испытаний манипулятора ЛВ-184А в комплектаций Л8-184А.00.000-06, созданного в соответствии с требованиями "Правил устройства и безопасной эксплуатации грузододъеглних кранов", РД 10-146-9?, и другой нормативно!' документации.
Манипулятор изготовлен МО "Майкопский машиностроительный завод"
Манипулятор изготовлен в соответствии с ТУ 4851-075-00239161-98 "Правилами устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных 1фанов Госгортехнадзора России" (ПБТО-14-92) РД 10-146-47, РД 22-207-88 и предназначен для применения в качестве технологического оборудования на автомобилях грузоподъемностью 5 т и более для выполнения погрузочно-разгрузочных работ с использованием грузоподъемного крюка или других сменных грузозахватных органов.
2.1. Ознакомилась с техническими условиями', технической и эксплуатационной документацией на манипулятор ЛВ-184А в комплектации:-. :: ЛВ-184А.00.000-06 и результатами испытаний, проведенных Щ "Испытатель" по программе и методике типовых испытаний, согласованной и утвержденной в установленном порядке.
2.2. Произвела визуальный осмотр манипулятора ЛВ-184А в ноглалектацик ЯВ-184А.00.00С-06, установленного на нслы?ат&ш-:н:г сте::д СИ-ТО.
2.3. Произвела проверку на•пригодность манипулятора к работе-, для чего были произведены статические и динамические испытания
2.4. Произвела проверку работы ограничителя грузового момента.
3.1. Документация на манипулятор 1В-184А в комплектации ЛВ-184А.00.000-06 соответствует требованиям действующих НТД/
3.2. Нераметры манипулятора, полученные при испытаниях соответствуют параметрам в ТУ.
3.3. Статические и динамические испытания, проведенные контрольными грузами' '.массой соответственно 1570 кг и 1400 кг при выдвинутом удлинителе^ показав ' ?то манипулятор грузовые испытания выдержал.
3.4. Ограничитель грузового момента обеспечивает защиту манипулятора по грузовому моменту. Ф
Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.
Научная электронная библиотека disserCat — современная наука РФ, статьи, диссертационные исследования, научная литература, тексты авторефератов диссертаций.
Диссертация на тему «Совершенствование кинематики, динамики...
Диссертация на тему «Обоснование параметров...»
Обоснование параметров манипуляторов лесных машин по...
манипуляторы - Ключевые слова - Авторефераты диссертаций ...
Проектирование и расчет манипуляторов лесных машин
Югославский Кризис Реферат
Конкурс Эссе О Суворове
Скачать Реферат Бесплатно Сестринский Уход В Неонатологии
Темы Сочинений На Егэ По Литературе
Информационные Технологии В Ветеринарии Реферат