Є Ріпецький - Визначення жорсткості опорних домкратів на основі їх кінематичної подібності для грейферних навантажувачів - страница 1

Страницы:
1  2 

Ріпецький Є. Визначення жорсткості опорних домкратів на основі їх кінематичної подібності для грейферних навантажувачів /Ріпецький Є. // Вісник ТНТУ. — 2011. — Том 17. — № 2. — С.77-83. — (машинобудування, автоматизація виробництва та процеси механічної обробки).

УДК 631.3:621

Є. Ріпецький, канд. техн. наук

Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя

ВИЗНАЧЕННЯ ЖОРСТКОСТІ ОПОРНИХ ДОМКРАТІВ НА ОСНОВІ ЇХ КІНЕМАТИЧНОЇ ПОДІБНОСТІ ДЛЯ ГРЕЙФЕРНИХ

НАВАНТАЖУВАЧІВ

Резюме. Обґрунтовано метод із визначення жорсткості домкратів грейферних навантажувачів на основі кінематичної подібності їх механізмів. Відзначено, що приведена жорсткість опорних домкратів залежить як від кінематичних параметрів механізмів, так і від співвідношення жорсткостей окремих його ланок — гідроциліндра та амортизатора. Отримано критерії для ефективного використання додаткових амортизаторів, які дозволяють знизити величину приведеної жорсткості домкратів до 40%.

Ключові слова: жорсткість, гідроциліндр, амортизатор, домкрат, рама, навантажувач.

E. Ripetskyy

VALUATION OF SUPPORTING JACKS STIFFNESS BASED ON THEIR KINEMATIC SIMIRILITY FOR GRAB LOADERS

The summery. The method of stiffness valuation for jack mechanisms in grab loaders based on kinematic similarity of their mechanisms has been proved. It has been noted that unit stiffness of supporting jacks depends both on the kinematic parameters of these mechanisms, and the stiffness ratio between some its parts, such as hydraulic cylinder and shock absorbers.. Criteria for the effective use of additional shock absorbers that reduce the value of unit jacks stiffness up to 40% have been established.

Key words: stiffness, hydraulic cylinder, shock absorber, jack, frame, loader.

Постановка проблеми. Грейферні навантажувачі відносять до вантажних машин періодичної дії, а наявність поворотної стріли надає їм універсальні властивості при перенесенні сільськогосподарських вантажів. Для надання стійкості грейферним навантажувачам, особливо при роботі з великими вантажами, застосовують виносні опори. Їх конструктивне виконання здійснено у вигляді механізму домкрата. Такі механізми можна віднести до систем, що виконують однотипні функції з однаковою фізичною природою і складаються з однакової кількості ланок.

Для вивчення силових зусиль даної конструкції механізмів домкрата пропонується використовувати властивості їх кінематичної подібності [1]. Застосування положень теорії подібності дозволить знайти спільні методи дослідження динаміки грейферних навантажувачів.

Аналіз досліджень і публікацій. Роботи з дослідження опор грейферних навантажувачів проводили РІСГМ (Ростов-на-Дону), ТПІ (м. Тернопіль) спільно з СКБ заводу «Коломиясільмаш» [2, 3]. Ці дослідження мали експериментальний характер і зводилися до реєстрації силових зусиль, а саме, визначали величини реакцій, які доводяться на опори, тиски в гідроциліндрах, напруження в металоконструкціях ланок механізму домкрата. Відзначено важливість пружних властивостей опор на динамічну поведінку навантажувача. На основі експериментальних даних розробляли рекомендації внесення в конструкцію додаткових амортизуючих пристроїв. Однак відсутність належного їх теоретичного обґрунтування не дозволила довести ці пристрої до ефективного виконання своїх функцій, особливо в динамічних режимах.

Дослідження рамних опор сільськогосподарської техніки відображені в монографії проф. Рибака Т.І. [4], де показано як експлуатаційні особливості спричиняють перерозподіл зусиль в опорах сільськогосподарських мобільних машин. Зокрема, жорсткість опор в оприскувачах, основним пружним елементом яких є пневматичні шини, розглядається в питаннях коливання рами при динамічних навантаженнях [5]. Що стосується опорних домкратів грейферних навантажувачів, то особливості їх кінематичної схеми суттєво змінюють характер деформацій висувних опор.

Водночас відзначено тенденції застосування спільних методів і підходів до вивчення сільськогосподарської техніки на основі кінематичних подібностей їх механізмів [6].

Мета роботи полягає в обґрунтуванні спільних методів підходу з визначення жорсткості механізмів домкрата грейферних навантажувачів на основі кінематичної подібності цих механізмів. На основі розроблених методів сформувати критерії ефективного застосування додаткових амортизуючих пристроїв в опорах домкратів.

Постановка завдання. Механізми домкрата серійних грейферних навантажувачів автономних ПЕА-1,0А і навісних ПГ-1А, ПГБ-1,0Л мають ідентичні конструкції. Типова кінематична схема механізмів домкратів (рис.1) складається з балки 1, яка приводиться в дію гідроциліндром 2. Рухомі ланки механізму 1 та 2 шарнірно кріпляться до рами 3 навантажувача. Опорною поверхнею механізму є плита 4. Для зниження дії динамічних навантажень під плитою додатково встановлюють пружний амортизатор 5.

Під дією зовнішнього навантаження, яке частково сприймається механізмами домкрата як задня опора, відбуваються незначні переміщення його ланок, що викликає коливання рами навантажувача. Основними пружними елементами в механізмі домкрата є гідроциліндр 2 та амортизатор 5.

З достатньою точністю можна прийняти, що при переміщенні точки механізму будь-якою траєкторію у вибраній системі координат (x, y, z) можна встановити постійну величину між навісним (індекс "н") та автономними ("а") навантажувачами

x      y ■    z .

де - масштабний коефіцієнт.

У випадку (1) системи будуть кінематично подібними і при описуванні поведінки їх ланок можна перейти від розмірних параметрів до безрозмірних.

Напрямком роботи є отримання кінематичних коефіцієнтів приведення жорсткостей пружних елементів гідроциліндра та амортизатора шляхом встановлення залежностей між навантаженнями на пружні елементи і переміщеннями ланок механізму.

Результати дослідження. Розглянемо роботу механізму домкрата на основі розрахункової схеми, яка розміщена в плоскій системі координат XOZ. За допомогою схеми потрібно встановити зв'язок між переміщенням точки О та переміщенням рамних шарнірів В, С, які можливі при деформації амортизатора 5 та переміщенні поршня 6 в гідроциліндрі.

Робоча схема має два різних режими. Перший режим передбачає встановлення домкратів з транспортного положення в робоче, другий - характеризує роботу домкрата в якості опори (рис. 1).

Для першого режиму ведучою ланкою механізму є гідроциліндр 2, який розвиває зусилля Р за рахунок подачі робочої рідини в порожнину а гідроциліндра. При цьому відбувається переміщення поршня 6 та висування зв'язаного з ним штока 7 з гільзи циліндра 8. Це призводить до видовження ланки 2. Одночасно при висуванніштока гідроциліндра здійснюється поворот балки 1 домкрата навколо шарніра С, що призводить до опускання балки з подальшим упиранням плити 4 на поверхню в точці О. При подальшому русі штока гідроциліндра плита 4 починає ковзати по поверхні, займаючи положення О', а лапа домкрата, продовжуючи обертання навколо шарніра С, піднімає раму навантажувача 3. Деформація амортизатора додає ще й вертикальні переміщення опори в точку О''. Потрібне зусилля Р, що розвивається гідроциліндром, повинно долати зовнішні навантаження від сил тяжіння навантажувача G з вантажем Q. При цьому нехтуємо силою тертя між плитою 4 об поверхню.

У другому режимі порожнини гідроциліндра а та б перекриваються і в них залишається замкнена робоча рідина. Рух механізму відбувається у зворотному порядку: дія зовнішнього навантаження передається на гідроциліндр у вигляді сили Р, яка стискає замкнену там рідину. Пружні властивості домкрата визначаються жорсткістю гідроциліндра сгідр та жорсткістю амортизатора - самор.

Z]

транспортне

Рисунок 1. Розрахункова схема з визначення жорсткості опорних домкратів грейферних навантажувачів

Для визначення приведеної жорсткості домкрата спр застосуємо принцип елементарних переміщень. Для цього встановимо спочатку зв'язок між рухом балки 1 та рамою 3 навантажувача.

Припустимо, що рама 3 здійснила елементарне переміщення навколо шарніра А на кут dcp, то можливе переміщення плити 4 домкрата становить з початкового положення О в нове положення О" Розділимо окремо складові елементарного переміщення ОО'' у вигляді горизонтального, яке позначимо як dxo =ОО', та вертикального dzО =О'О''.

Для встановлення математичних співвідношень між цими елементарними переміщеннями скористаємося методом швидкостей.

Швидкість точки C є лінійною швидкістю при обертанні навколо центра А:

Vc = AC . <^ = Л_.

dt    cos у dt

де L - довжина рами, відстань АВ.

Лінійна швидкість плити 4, вона ж лінійна швидкість точки О балки домкрата 1, визначається горизонтальною складовою Vox = —— та вертикальною Vo O

dt dt Зв'язок між лінійними швидкостями точок О та С встановлюємо на основі теореми про рівність проекцій швидкостей на пряму ОС, що з'єднує ці точки [7],

dxO dzO .        L sin(a - у) dm

cosa + sina =---'-L.—*- .

dt dt cosy dt

Остаточний зв'язок між елементарним переміщенням ОО "плити 4 та поворотом

рами навколо шарніра А має вигляд

, ,    .        L sin(a - у) ,

dxO cos a + dzO sina =---- dm .

cos у

(2)

Визначимо переміщення поршня 6 зі штоком 7 гідроциліндра - як зміну довжини ланки 2. Для цього встановимо закономірності зміни відстані між точками О та В. Шток гідроциліндра 7 бере участь у двох рухах: відносному - поступальному вздовж осі гідроциліндра та переносному, що пов'язаний з переміщенням гільзи циліндра 8. Розглянемо окремо переміщення шарнірів О та В кріплення гідроциліндра в прийнятій системі координат ХОZ.

Початкове положення нижнього кріплення співпадає з точкою О і визначається координатами

x = 0,   z = 0. (3) Для верхньої точки кріплення В початковими координатами будуть

xB = l cos в,   zB = l sin в, (4)

де l = ОВ - початкова довжина гідроциліндра, коли його порожнини а, б перекрито.

Запишемо дані (3) та (4) в таблицю 1 (графи 2, 3).

Елементарне переміщення рами dm викликає відповідний приріст координат

шарнірів кріплення гідроциліндра. Лінійні елементарні переміщення плити 4 домкрата

з положення О в положення О "з урахуванням попередніх результатів (2) становлять

,      L sin(a-y) , ,       , /гл

dxO =-dm- tgadzO,   dzO . (5)

cosa cos у

Приріст координат точки В, що обертається навколо шарніра А,

dxB = 0,   dzB = Ldm . (6) Отримані значення (5) та (6) запишемо в таблицю 1 (графи 4, 5). На основі записаних у таблицю даних отримано вирази нових координат Х та Z шарнірів кріплення гідроциліндра в умовах елементарного переміщення за формулами

X = x0 + dx,   Z = z 0 + dz і записано в таблицю 1 (граф. 6,7).

Таблиця 1. Значення координат шарнірів кріплення гідроциліндра для розрахунку _видовження штока гідроциліндра в умовах елементарного переміщення_

 

Початкові

Прирости координат

Кінцеві координати

Точка

координати

 

 

 

 

 

xo

zo

dx

dz

X—xo+dx

Z—z0+dz

1

2

3

4

5

6

7

О

В     l cos в   l sin в

L sin(a - у) cosa cos у dm - tgadzO

0

dzO

Ldm

L sin(a - у) cos a cos у dm - tgadzO

lcos в

dzo

l sin в + Ldm

Якщо, користуючись таблицею 1, записати початкову довжину ланки 2 як відстань між точками О та В

l2 = l2 cos2 в +12 sin2 в, та її нову довжину внаслідок переміщення шарнірів в нове положення точки О "та В'

(l + dl )2 ,      _   L sina-у) , ,

l cos в--dm + tgadzO

cosa cos у

+ (l sin в + Ldm - dzO )2,

то елементарне переміщення поршня гідроциліндра становитиме

dl sin(a- у)

-L cos в-dm + tga cos вdzO + L sin вdm - sin вdzO

cosa cos у

або з урахуванням того, що dzB = Ldm, отримаємо

dz.

dl   - tga cos в + sin в d

K K c

(7)

де К - безрозмірний кінематичний коефіцієнт параметрів механізму домкрата

„ _ sin(a - у)    . _

К = - cos в—--— + sin в.

cos a cos у

Таким чином, формула (7) встановлює для кінематично подібних механізмів домкрата зв'язок між елементарним переміщенням поршня - Al, деформацією амортизатора -AzO та переміщенням шарніра В рами - AzB як точки приведення жорсткостей.

Знаючи зв'язок зусиль між вертикальною реакцією R та зусиллям у гідроциліндрі Р

P = R-

cosa

sin(в - a))

а також елементарні деформації пружних елементів (7), встановлюємо остаточне значення приведеної жорсткості

1 1 1

с K

гідр гідр

■ + -

самор К амор

(8)

де позначено спр = dR dz приведена жорсткість механізму домкрата; с гідр

dp

жорсткість гідроциліндра; с амор

dR dz жорсткість амортизатора,

Кгідр , Камор- коефіцієнти кінематичного приведення жорсткостей відповідно гідроциліндра та амортизатора

Кгідр =

K siri^-a) ; К

К

(9)

cos a '    - tga cos в + sin в

Як випливає з формул (9), коефіцієнти кінематичного приведення визначаються через безрозмірні параметри - кути a, в, та у, що дозволяє аналізувати дані конструкції будь-яких типорозмірів і визначати загальну приведену жорсткість механізму домкрата навантажувачів різного класу. Крім того, отримані вирази (8-9) дозволяють встановити

0 0

2

с

прступінь впливу пружних елементів, такі, як гідроциліндр та амортизатор на загальну приведену жорсткість домкрата.

Отримані результати мають практичну цінність на стадії проектування пружних параметрів амортизатора механізму домкрата грейферних навантажувачів. Проведемо порівняльний аналіз поведінки кінематичних коефіцієнтів приведення жорсткості гідроциліндра Кгідр та амортизатора Камор залежно від значень кінематичних параметрів механізму домкрата.

Розглянемо поведінку коефіцієнтів приведення в зоні конструктивно-експлуатаційних параметрів 45°<a<60° і 55°<в<68°. З метою спрощення аналізу зведемо залежності (9) до функції однієї змінної, тобто Кгідр (a) та Камор (a) шляхом врахування того, що кут y=const, а кут P=0,9832a+0,1297 (рад) апроксимовано лінійною залежністю в радіанах. На графіку (рис. 2) бачимо, що в зоні конструктивних параметрів кутів значення коефіцієнта K^^a) перевищують показники Кгідр (a) в 14­18 разів. Тому амортизатор потрібно підбирати з більш м'якою характеристикою ніж у гідроциліндра.

Страницы:
1  2 


Похожие статьи

Є Ріпецький - Визначення жорсткості опорних домкратів на основі їх кінематичної подібності для грейферних навантажувачів

Є Ріпецький - Обґрунтування пружних характеристик опор