Исследование нагруженности пространственно-приводного механизма захватно-срезающего устройства

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследование нагруженности пространственно-приводного механизма захватно-срезающего устройства

Описание экспериментального образца

Повышение существующего уровня машинизации рубок ухода требует разработки и создания более эффективных видов лесозаготовительного оборудования и машин, полностью или частично исключающих использование ручного труда [1]. Для этого была разработана конструкция и изготовлена модель захватно-срезающего устройства (ЗСУ) с пространственно-приводным механизмом (ППМ), параметры которого были выбраны с учетом параметра дерева, срезаемого при рубках ухода в молодняках (Рисунок 1) [2]. Конструкция ЗСУ с пространственно-приводным механизмом (Рисунок 1) включает: стойку 1 с механизмами срезания 2 и зажима дерева 3, соединённые при помощи карданного шарнира 4 с подрамником 5, приводных гидроцилиндров 6 наклона стойки в продольной и поперечной плоскостях, концы которых закреплены при помощи шаровых шарниров 7 [3].

Рисунок 1. Экспериментальный образец ЗСУ на задней навеске трактора Т-25

рубка захватный лесозаготовительный приводной

Для приведения в действие ЗСУ предусмотрено два гидроцилиндра, которые расположены под углом друг к другу, их штоки сведены вместе и соединены со стойкой ЗСУ. Гидроцилиндры являются единственным средством движения ЗСУ как в продольной, так и в поперечной плоскостях относительно верхней точки подвеса. Цилиндры вместе с участком стойки ЗСУ образуют пространственный приводной механизм в виде треугольной пирамиды с двумя гидроцилиндрами в качестве ведущих звеньев.

Образец ЗСУ с пространственно-приводным механизмом (рисунок 2) был приспособлен под заднюю навеску трактора Т-25. С помощью гидроцилиндра, который заменял верхнюю тягу навески, ЗСУ наклонялось в продольной плоскости машины при пакетировании дерева и при переводе ЗСУ с транспортного в рабочее положение и обратно. Привод ЗСУ подключается к гидравлической системе трактора с добавлением дополнительного трехсекционного гидрораспределителя с управлением из кабины.

Рисунок 2. Экспериментальный образец ЗСУ в работе

Технические параметры ЗСУ:

- высота стойки - 1,0 м;

- длина стрелы - 0,7 м;

- высота подрамника - 0,7 м;

- диаметр дерева min/max - 0,10/0,25 м;

- длина приводных гидроцилиндров - 0,7 - 1,0 м;

- масса ЗСУ - 320 кг.

В конструкции изготовленного экспериментального образца ЗСУ, для упрощения эксплуатации, изначально была предусмотрена максимальная унификация с гидросистемой несущего трактора Т-25 (Рисунок 3). Для этого параллельно основному двухзолотниковому гидрораспределителю был установлен дополнительный трехсекционный гидрораспределитель.

Дополнительный гидрораспределитель подсоединялся к свободному выходу штатного гидрораспределителя, а сливная линия подсоединялась к сливному отверстию бочка, оба штуцера переделывались под необходимые размеры. Процесс подключения дополнительного гидрораспределителя включал следующий вид работы: 1 - заглушивался слив масла с канала управления на штатном гидрораспределителе; 2 - соединялся этот канал с каналом управления на дополнительном гидрораспределителе; 3 - заглушался дроссельный канал на поршне переливного клапана дополнительного гидрораспределителя; 4 - блокировался переливной клапан дополнительного гидрораспределителя.

Подача рабочей жидкости, слив и все остальные подключения на дополнительном гидрораспределителе происходили как обычно.

Рисунок 3. Принципиальная гидравлическая схема ЗСУ: 1 - гидробак; 2 - гидронасос; 3 - базовый гидрораспределитель; 4 - дополнительный э гидрораспределитель; 5 - гидромотор пилы; 6 - силовой (подъемный) гидроцилиндр; 7 - гидроцилиндр зажимного рычага; 8, 9 - приводные гидроцилиндры; 10 - датчик давления (манометр); 11 - датчик температуры; 12 - фильтр очистки

Исполнительная часть гидропривода содержит: гидромотор 5 пильного механизма ЗСУ, силовой гидроцилиндр 6 подъема и опускания ЗСУ, гидроцилиндр 7 зажима дерева, гидроцилиндры 8 - 9 пространственного приводного механизма ЗСУ. В напорной и сливной линиях установлены манометры 10, а в баке датчик температуры 11. Очистка рабочей жидкости осуществляется фильтром 12 с переливным клапаном.

Технология работы состоит из следующих операций: подъезд к дереву, зажим его с одновременным срезанием, перемещение его в вертикальном положении на необходимое расстояние и укладка на грунт. В процессе выполнения операций особый интерес представляет работа гидросистемы и нагруженность элементов пространственного приводного механизма ЗСУ.

Экспериментальные исследования

Для изучения характера и количественных показателей изменения давления в гидросистеме и нагруженности ЗСУ валочной машины были проведены экспериментальные исследования, в процессе которых регистрировали ряд параметров, в том числе деформацию конструкции ЗСУ и давления в магистральных приводах [4].

Измерительная аппаратура состояла из многоканального светолучевого осциллографа и тензоусилителя, размещавшихся в кабине трактора. Давление рабочей жидкости в магистрали приводных гидроцилиндров и магистрали захвата и срезания измеряли с помощью тензометрических датчиков выносного типа.

Основные задачи экспериментальных исследований сводятся к следующему:

1) проверка работоспособности и устойчивости при функционировании предложенных схемно-конструктивных решений, их корректировка и дополнительная проверка;

2) проверка надёжности в работе и достаточности подвижностей (степеней свободы шарнирных узлов);

4) исследование принципов независимого управления параллельно работающими гидроцилиндрами;

7) определение основных параметров кинематики и динамики путём измерения углов поворота и давления в гидроцилиндрах;

8) изучение динамичности и стабильности системы в переходных режимах;

9) выработка рекомендаций по дальнейшему совершенствованию схемно-конструктивных решений несущей структуры и элементов гидроуправления.

На установке измеряли давление в полостях гидроцилиндров и углы поворота. Последние параметры измеряли таким образом, чтобы оценить кинематические возможности пространственного приводного механизма, для этого определяли углы наклона стойки ЗСУ

Давление в полостях гидроцилиндров характеризует в основном динамичность системы и, в частности, наличие или отсутствие неустановившихся режимов работы.

В качестве датчиков давления использовали датчики МД-180 (220), в работу которых заложен принцип реостатного преобразования - на ползунок реостата действует мембрана, интенсивность воздействия которой прямо пропорциональна давлению в полости гидроцилиндра.

Для измерения углов поворота использовали реостатные преобразователи - проволочные резисторы переменного сопротивления, которые были оттарированы нанесением на корпус делений с указанием поворота с точностью 0,5 градуса. Тарировку датчиков давления проводили известным способом, путем нагружения модельным грузом. При поднятии груза в гидроцилиндре установки повышалось давление до расчётной величины 0…8 МПа (контролировали по манометру). Давление поочерёдно подводили к датчикам, погрешность показаний не превышала 0,2 МПа.

Тарировка датчиков углов поворота заключалась в нанесении делений (с помощью делительной головки) при развороте соответствующего элемента реостата в одну сторону и проверке полученной шкалы при возвращении этого элемента в исходное положение. Дополнительную проверку датчиков осуществляли электрическими приборами. Погрешность показаний не превышала 0,50.

Установку проверяли при функционировании в трёх режимах:

1) при подаче давления на оба гидроцилиндра;

3) при задействовании одного гидроцилиндра.

В процессе экспериментальных исследований, кроме проверки работоспособности ЗСУ и его элементов, включение гидроцилиндров - для записи параметров - производили таким образом, чтобы удовлетворялись условия: в работе одновременно находились один или два цилиндра и при этом выявлялись кинематические возможности и повышенная динамичность системы.

Фрагменты осциллограмм, полученных при экспериментальных исследованиях, представлены на рисунке 4, где отражены процессы: опускания-поворота груза работой одним гидроцилиндром приводного механизма.

Рисунок 4. Фрагменты осциллограмм, полученных при экспериментальных исследованиях

В простом режиме работы манипулятора при выдвижении штоков (рисунок 5, а) и втягивании штоков гидроцилиндров (б) груза - работой двумя гидроцилиндрами приводного механизма, постоянно нагруженными - давлением Pш - являются штоковые полости этих цилиндров. Для опускания рабочая жидкость подаётся в поршневую полость, для подъёма - в штоковую. Этим и предопределяется характер изменения давления Pп и Pш на протяжении tц рабочего цикла. Здесь максимальное давление (Pш ? 6 МПа; рисунок 5 б) несколько меньше, что объясняется работой одновременно двух цилиндров, несмотря на менее благоприятный характер их нагружения.

Рисунок 5. Изменение давления и вертикального угла при опускании и подъёме груза верхними цилиндрами приводного механизма

В этом режиме работы чувствительность системы характеризуется изменением обобщённой координаты ц (угол ш также равен нулю); её диапазон (-10…+33°) больше по сравнению с предыдущим случаем. Рабочие циклы опускания и подъёма груза двумя верхними гидроцилиндрами также являются спокойными - без забросов давления.

Рабочий цикл манипулятора - поворот при работе одного из гидроцилиндров пространственного приводного механизма (рисунок 6). Вывод из этого режима работы следующий: экспериментально подтверждён стабильный поворот ЗСУ - без конструктивных ограничений и динамических «возмущений». Данный рабочий цикл является более напряжённым. Это подтверждается следующими данными: максимальное давление Рш в штоковой полости гидроцилиндра при движении ЗСУ в направлении шmax> О достигает 6,5 МПа (рисунок 6); угловая скорость горизонтального разворота ЭСУ в конце цикла непропорционально возрастает. Поэтому при разворотах приводных гидроцилиндров в любую сторону рекомендуется ограничить скорость, что легко достижимо за счёт уменьшения подачи рабочей жидкости посредством дросселя.

Рисунок 6. Изменение давления и горизонтального угла при развороте одним гидроцилиндром

Проверка в различных режимах пространственного приводного механизма ЗСУ и его элементов показала:

1) шаровые шарниры крепления концов гидроцилиндра и шарнир карданного типа для подвеса стойки ЗСУ не имели ненормированных положений и люфтов, не приводили к рывкам и ударам;

2) раздельное крепление штоков гидроцилиндров поворота оказывает небольшое влияние на угол кручения стойки ЗСУ, которое можно в будущем избежать при помощи максимального сведения штоков между собой или, лучше, геометрически в одной точке;

3) независимое ручное управление двумя гидроцилиндрами приводного механизма или одним цилиндром подъема при определённых навыках не вызывает затруднений;

4) для снижения динамических нагрузок необходимо рассмотреть вопрос применения пневмогидроаккумуляторов.

Список литературы

рубка захватный лесозаготовительный приводной

1. Ширнин, Ю.А. Технология и оборудование малообъёмных лесозаготовок и лесовосстановление [Текст] / Ю.А. Ширнин, Ф.В. Пошарников. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2001. - 398 с.

2. Патент на полезную модель 100874 Российская Федерация, МПК51 А01G 23/00 (2006/01) Захватно-срезающее устройство [Текст] / Сидыганов Ю.Н., Онучин Е.М., Ласточкин Д.М.; заявитель и патентообладатель Марийский гос. техн. ун-т. - №2010125781/21; заявл. 23.06.2010; опубл. 10.01.2011, Бюл. №1. - 3 с.: ил.

3. Ласточкин, Д.М. Обоснование конструкции навесного захватно-срезающего устройства / Д.М. Ласточкин, Е.Л. Белов, Б.Т. Каруев, Д.Н. Кошурников, А.Н. Самсонов // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2013. - №01 (85). С. 125-139. - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2013 /01/pdf/40.pdf, 0,938 у.п.л.

4. Грязин, В.А Нагруженность подъемно-транспортных машин в режиме выполнения технологических операций [Текст]/ Грязин В.А. // Тракторы и сельхозмашины. - 2010. №7. С. 30-32.

Размещено на Allbest.ru