Обоснование и оптимизация параметров демпфера механизма подъема стрелы лесного манипулятора сортиментовоза тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.01, кандидат технических наук Сидоров, Анатолий Аркадьевич

• Сидоров, Анатолий Аркадьевич
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Сидоров, Анатолий Аркадьевич

Введение.

1 Состояние вопроса и задачи исследования.

1.1 Современные технологии лесозаготовок.

1.2 Анализ конструкции машин манипуляторного типа для сортиментной заготовки.:.

1.3 Анализ исследований динамики гидропривода механизма подъема манипуляторов.

1.4 Выводы.

1.5 Задачи исследования.

2 Теоретическое исследование динамики механизма подъема манипулятора с дополнительным демпфером.

2.1 Обоснование гидрокинематической схемы механизма подъёма». стрелы манипулятора с дополнительным демпфером.

2.2 Методика математического моделирования.

2.2.1 Общая методика построения модели.

2.2.2 Моделирование механической подсистемы.

2.2.3 Моделирование гидравлической подсистемы.

2.2.4 Последовательность вычислений в процессе численного интегрирования системы уравнений.

2.2.5 Программная реализация модели.

2.2.6 Особенности проведения компьютерного эксперимента.

2.2.7 Входные параметры и выходные характеристики математической модели.•.

2.3 Систематическое исследование функционирования манипулятора, оснащенного демпфером.

2.3.1 Стратегия систематического исследования.'.

2.3.2 Базовый компьютерный эксперимент с типичными значениями входных параметров.

2.3.3 Снижение пикового давления при оснащении гидросистемы демпфером.

2.3.4 Влияние конструктивных параметров демпфера.

2.3.4.1 Влияние эффективности дросселирования.

2.3.4.2 Влияние размеров демпфера1.'.69213.4.3 Влияние диаметров запираемых.полостей демпфера-.

2.315 Эффективность демпфера для других типов манипуляторовí.

2.4 Оптимизация параметров демпфера.

2.4.1 Особенности решения задачи оптимизации.

2.4.2 Двухфакторная оптимизация конструктивных параметров демпфера

2.5 Выводы.

3 Программа и методика экспериментальных исследований.

3.1 Программа исследований.

3.2 Оборудование, применяемое в экспериментальных исследованиях.

3.3 Методика проведения экспериментальных исследований.

3.4 Методика планирования полнофакторного эксперимента при двухфакторной.оптимизации параметров демпфера.

4 Результаты экспериментальных исследований.

4.1 Экспериментальные исследования динамики гидропривода механизма, подъема манипулятора.

4.2 Результаты планирования полнофакторного эксперимента при двухфакторной оптимизации параметров демпфера.

4.3 Выводы.'.

5.2 Расчет экономической эффективности-.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование и оптимизация параметров демпфера механизма подъема стрелы лесного манипулятора сортиментовоза»

Актуальность исследования. Развитие научно-технического прогресса в лесном комплексе России невозможно без» создания эффективной техники, сочетающей в себе новые технические решения, обеспечивающие снижение динамической нагруженности, металлоемкости, энергоемкости, вредного воздействия на окружающую среду и оператора. Важное значение в решении этой задачи имеет применение машин манипуляторного типа в лесном комплексе при сортиментной вывозке древесины. Анализ исследования динамики гидропривода лесных манипуляторов показывает, что рабочие процессы механизмов подъёма стрелы сопровождаются большими динамическими нагрузками, вызывающими резкие скачки давления рабочей жидкости в пуско-тормозных режимах. Захват длинномерных сортиментов не всегда осуществляется по центру их тяжести, поэтому при остановках манипулятора в промежуточных положениях происходит раскачивание груза, которое вызывает колебательные процессы и знакопеременные напряжения в металлоконструкции, что снижает их надежность и производительность. Отказы в работе гидропривода составляют 30 % от общего количества отказов по машинам манипуляторного типа. Существующие демпфирующие устройства срабатывают только в конечных положениях поршней гидроцилиндров.

Решению задач создания высокоэффективных конструкций отечественных манипуляторов сортиментовозов препятствует недостаточная изученность влияния демпфирующих устройств на снижение динамической нагруженности и повышение производительности сортиментовозов.

Работа выполнена в соответствии с госбюджетной темой ГОУ ВПО "ВГЛТА" "Совершенствование технологий, машин и оборудования лесного комплекса" (№ гос. регистрации 01.2.00609242).

Степень разработанности проблемы. Вопросами исследования рабочих процессов манипуляторов при заготовке древесины занимались такие ученые, как В.Н. Андреев, В.А. Александров, К.Н. Баринов, И.М.Бартенев, В.Н.

Винокуров, З.К. Емтыль, Ю.Ю. Герасимов; П. М. Мазуркин, Ю.М. Жданов, Ф. В. Пошарников, П.И. Попиков, В.И. Казаков, Ю.А. Ширнин, B.C. Сюнев, А.М. Цыпук и др.

Из анализа теоретических исследований параметров существующих технических устройств для снижения динамической нагруженности и колебательности переходных процессов гидропривода лесных манипуляторов следует, что наиболее перспективными являются дополнительные демпферы, подключенные в гидропривод подъема стрелы манипуляторов. Однако рабочие процессы и параметры дополнительных демпферов недостаточно исследованы, особенно при промежуточных положениях поршней гидроцилиндров при остановках манипулятора при погрузке и разгрузке сортиментов.

Цель и задачи исследований. Целью работы является повышение эффективности работы лесных манипуляторов сортиментовозов путем совершенствования механизма подъема стрелы манипулятора за счёт обоснования и оптимизации параметров дополнительного демпфирующего устройства.

В соответствии с поставленной целью в диссертации решаются следующие основные задачи:

1. Обосновать гидрокинематическую схему лесного манипулятора с дополнительным демпфером;

2. Разработать математическую модель рабочих процессов гидропривода механизма подъема стрелы манипулятора с дополнительным демпфером для уменьшения колебаний давления рабочей жидкости при промежуточных положениях поршня гидроцилиндра;

3. Получить экспериментальные зависимости динамических характеристик гидропривода механизма подъёма стрелы манипулятора с подключением дополнительного демпфера;

4. Обосновать и оптимизировать параметры демпфера гидропривода механизма подъема манипулятора, реализовать в опытной конструкции и определить ожидаемый экономический эффект от его внедрения.

Предмет и объект исследования. Объектами исследования являются демпфер* гидропривод, манипулятор сортиментовоза.

Предметом исследования является математическая модель, методы» и алгоритмы поиска оптимальных конструктивных и технологических параметров манипулятора с дополнительным демпфером.

Методологическая, теоретическая и эмпирическая базы исследования. Теоретические исследования базировались на. математическом моделировании рабочих процессов гидроманипуляторов. Решение систем дифференциальных уравнений осуществлялось с применением численного интегрирования на ЭВМ. Обоснованность и достоверность результатов обеспечивается сопоставлением данных лабораторных и производственных экспериментов.

Научные результаты, выносимые на защиту:

1. Математические модели рабочих процессов механизма подъема, стрелы, позволяющие учесть влияние конструкции и параметров демпфера на динамическую нагруженность манипулятора в различных режимах.

2. Динамические и конструктивные параметры дополнительного демпфера, позволяющие усовершенствовать гидросистему механизма подъема стрелы манипулятора сортиментовоза.

3. Закономерности изменения; давления рабочей жидкости в гидроприводе механизма подъема стрелы манипулятора сортиментовоза,. позволяющие оптимизировать параметры дополнительного демпфера.

4. Рекомендации по общей компоновке гидропривода механизма подъема стрелы манипулятора, оснащенного дополнительным демпфером, позволяющие повысить качество и эффективность рабочего процесса манипулятора сортиментовоза.

Научная новизна результатов исследования:

1. Разработаны математические модели рабочих процессов механизма подъема стрелы манипулятора с дополнительным демпфером, отличающиеся учетом влияния конструкции и параметров демпфера на динамическую нагруженность и производительность манипулятора в различных режимах.

Программа решения модели на ЭВМ подтверждена свидетельством №2009610503.

2. Обоснованы динамические параметры механизма подъема стрельъ манипулятора с дополнительным демпфером, отличающиеся оптимальными' значениями, полученными по критериям снижения динамической нагружен-ности манипулятора в рабочих режимах.

3. Установлены закономерности изменения давления рабочей жидкости в гидроприводе механизма подъема манипулятора сортиментовоза, отличающиеся учетом параметров дополнительного демпфера.

4. Обоснована компоновка дополнительного демпфера в гидроприводе механизма подъема манипулятора, отличающаяся учетом динамических характеристик элементов гидропривода в рабочих процессах лесного манипулятора сортиментовоза.

Теоретическая и практическая значимость работы.

Теоретическая значимость заключается в установлении влияния конструктивных и технологических параметров дополнительного демпфера на работу гидропривода механизма подъема стрелы манипулятора; получении математической модели рабочих процессов манипулятора сортиментовоза; разработке нового демпфера гидропривода механизма подъема стрелы манипулятора, новизна которого подтверждена патентом на полезную модель №•89091.

Разработанные на основе математического моделирования алгоритмы, программы для моделирования работы демпфера гидросистемы манипулятора сортиментовоза, рекомендации по выбору параметров дополнительного демпфера, влияющих на работу гидропривода механизма подъема стрелы манипулятора, используются в ОАО «Майкопский машиностроительный завод», конструкторском бюро ЦОКБлесхозмаш, учебно-опытном лесхозе ВГЛТА и в учебном процессе ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» при подготовке инженеров лесотехнического профиля.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности;

Диссертация соответствует паспорту специальности 05.21.01 — Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства, (критерии п. 8 «Положение о порядке присуждения ученых степеней» Министерства образования и науки России).

Апробация и реализация результатов диссертации. Основные результаты диссертационной; работы докладывались и обсуждались на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежской государственной лесотехнической академии (2005-2010 гг.), на технических советах ОАО «Майкопский машиностроительный завод», учебно-опытном лесхозе ВГЛТА, ЦОКБлесхозмаш, а также заседаниях кафедры механизации лесного хозяйства и проектирования машин Воронежской государственной лесотехнической академии.

Публикации. Основные научные разработки по теме диссертации опубликованы в 14 научных работах, из них 3 работы - в изданиях центральной печати, рекомендованных ВАК Федерального агентства по образованию РФ, 1 патент на полезную модель и 2 свидетельства государственной регистрации программ для ЭВМ рабочих процессов гидропривода манипулятора с дополнительным демпфером.

Структура диссертации. Диссертационная работа сострит из введения, пяти разделов, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников, включающих 146 наименований. Общий объем работы 157 страниц, включающий 130 страниц основного текста, 10 таблиц, 50 рисунков; 11 приложений на 27 страницах.

X Состояние вопроса иг задачи .исследования