Исследование движения базового шасси крана-манипулятора с помощью многомассовых динамических моделей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследование движения базового шасси крана-манипулятора с помощью многомассовых динамических моделей

И.А. Лагерев

Аннотация

Разработаны многомассовые динамические модели крана-манипулятора при движении с грузом. С их помощью проанализированы динамические воздействия на основные элементы конструкции и оператора машины, оснащенной краном-манипулятором.

Ключевые слова: кран-манипулятор, движение с грузом, динамика, многомассовая модель.

Для детального исследования динамической нагруженности при движении с грузом требуется представление элементов крана-манипулятора как стержней с распределенными параметрами. Для решения такой задачи в работах [1; 2] использован метод конечных элементов. В то же время для решения различных прикладных задач, например при исследовании вибронагруженности оператора, это не требуется, потому что основное воздействие на человека оказывает геометрическая неровность опорной поверхности [1].

В связи с этим можно перейти от конечноэлементной к многомассовой модели (рис. 1), содержащей инерционные элементы, соединенные упруго-диссипативными связями. Это позволит снизить трудоемкость расчетов, что особенно важно при предварительных расчетах различных компоновочных вариантов базового шасси крана-манипулятора.

Рис. 1. Многомассовая модель движения машины с краном-манипулятором

Базовое шасси крана-манипулятора совершает вертикальные и вращательные колебания в продольной и поперечной плоскостях.

Для сокращения числа уравнений движения опорные катки с каждой стороны машины приведены к двум массам (m₁ и m₂). Первая отображает переднюю рычажную систему, вторая - заднюю рычажную систему с параметрами.

Геометрические неровности опорной поверхности , , и моделируются случайным образом по алгоритму [1].

В модели кран-манипулятор представляется сосредоточенной массой и упруго-диссипативной связью с параметрами , . Модель предполагает, что стрела крана-манипулятора находится в положении для проезда стесненных участков [1], так как она не учитывает возможность бокового перекоса шасси.

Другая группа элементов отвечает за колебания кабины и оператора машины. Она включает в себя следующие элементы: m₅₀ - масса кабины, m₅₁ - масса тела человека вместе с приведенной массой кресла, m₅₂ - масса головы человека. Жесткость с₆₀ и вязкость соответствуют демпфирующим опорам кабины, с₅₁ и - креплению кресла, с₅₂ и - телу человека.

Запишем общий вид уравнений движения динамической системы:

Внутренние динамические усилия в конструкции записываются следующим образом:

где - вертикальные линейные перемещения элементов системы; - угловые перемещения (повороты) базы машины (); , , - массы, жесткости и коэффициенты диссипации элементов системы; - моменты инерции базы машины; В - ширина колеи (базы) машины; - расстояния между элементами конструкции.

Масса крана-манипулятора вычисляется следующим образом:

,

где - масса поднимаемого груза; - приведенная к точке подвески груза масса металлоконструкции крана-манипулятора (вычисляется по известным зависимостям [2]).

Для машины АСТ-4-А следует использовать следующие значения параметров динамической модели: кг, кг, кг, кг, кг, кг, кг, Н/м, кН/м, кН/м, кН/м, кН/м, кН/м, кНс/м, кНс/м, кНс/м, кНс/м, кНс/м, кНс/м, кНс/м, м, м, м, м.

Жесткость крана-манипулятора определяется исходя из экспериментальных данных, аналитического расчета или по результатам численного моделирования. Для определения жесткости крана-манипулятора использована полная конечноэлементная модель [3], включающая в себя все элементы несущей металлоконструкции крана-манипулятора: поворотную колонну, стрелу, рукоять, два гидроцилиндра и шарниры. Результаты расчета показаны на рис. 2.

а) б)

Рис. 2. Результаты конечноэлементного расчета: а - напряжения, МПа; б - перемещения, м

При подъеме груза весом P=7357,5 Н перемещение точки подвеса груза вдоль вертикальной оси 0,0904 м. Следовательно, жесткость крана-манипулятора

кН/м.

Для решения системы дифференциальных уравнений движения разработана компьютерная программа. Интегрирование уравнений при нулевых начальных условиях выполнено методом Рунге-Кутта четвертого порядка.

Полученные реализации динамической нагруженности для различных элементов модели при движении машины по асфальтобетонной дороге с подвешенным на кране-манипуляторе грузом показаны на рис. 3.

На основании выполненных расчетов можно сделать следующие выводы о воздействии геометрической неровности опорной поверхности на динамическую нагруженность базового шасси крана-манипулятора и вибронагруженность оператора машины:

1. Наибольшие амплитуды, скорости и ускорения колебаний наблюдаются в элементах подвески базового шасси крана-манипулятора, что связано с наличием в динамической системе неподрессоренных масс (опорных катков). База машины () колеблется с меньшими амплитудами, так как основное назначение элементов подвески - снижение воздействия геометрической неровности пути на основные несущие элементы машины и транспортируемые объекты. Амплитуда колебаний кресла оператора выше, чем амплитуда колебаний базы. Эти качественные выводы хорошо согласуются с данными экспериментальных исследований [4].

2. При движении машины АСТ-4-А с транспортной скоростью (2 км/ч) амплитуда колебаний базы машины в 50-100 раз, а амплитуда колебаний тела и головы оператора машины в 20-50 раз ниже амплитуды колебаний опорных катков. Таким образом, подвеска машины АСТ-4-А защищает оператора, кран-манипулятор и транспортируемый груз. Это главным образом связано с низкой скоростью движения и большой массой базы.

Рис. 3. Динамическая нагруженность при движении с грузом по асфальтобетонной дороге

3. С увеличением неровности дорожного полотна растут амплитуды колебаний всех элементов системы, в том числе тела и головы оператора.

4. Колебания груза на подвесе оказывают незначительное влияние на нагруженность оператора машины, которая определяется воздействием микрорельефа опорной поверхности.

Дальнейшие исследования будут посвящены оценке влияния волнистости опорной поверхности с длиной волны, сопоставимой с длиной машины, оснащенной краном-манипулятором.

кран груз динамический вибронагруженность

Список литературы

1. Лагерев И.А. Динамическая нагруженность крана-манипулятора машины для сварки трубопроводов при движении с грузом / И.А. Лагерев // Подъемно-транспортное дело. - 2011. - №3. - С. 7-9.

2. Лагерев И.А. Оценка динамической нагруженности и оптимизация трехзвенных гидравлических кранов-манипуляторов транспортно-технологических машин для сварки трубопроводов: автореф. дис. … канд. техн. наук / Лагерев Игорь Александрович. - Брянск, 2011. - 18с.

3. Лагерев И.А. Моделирование напряженно-деформированного состояния крана-манипулятора машины для сварки трубопроводов / И.А. Лагерев // Изв. высш. учеб. заведений. Машиностроение. - 2011. - №4. - С. 29-36.

4. Корчагин П.А. Снижение динамических воздействий на оператора автогрейдера в транспортном режиме / П.А. Корчагин, Е.А. Корчагина, И.А. Чакурин. - Омск: СибАДИ, 2009. - 195 с.

Размещено на Allbest.ru