Pages Navigation Menu

ISSN 2227-6017 (ONLINE), ISSN 2303-9868 (PRINT), DOI: 10.18454/IRJ.2227-6017
ПИ № ФС 77 - 51217, 16+

() Искать в Google Scholar
Цитировать

Цитировать

Электронная ссылка | Печатная ссылка

Скопируйте отформатированную библиографическую ссылку через буфер обмена или перейдите по одной из ссылок для импорта в Менеджер библиографий.
Бабоченко Н. В. АЛГОРИТМ СИЛОВОГО АНАЛИЗА ШАРНИРНО-СТЕРЖНЕВЫХ МАНИПУЛЯТОРОВ С ПРОСТРАНСТВЕННЫМ ПРИВОДНЫМ МЕХАНИЗМОМ / Н. В. Бабоченко // Международный научно-исследовательский журнал. — 2014. — №. — С. . — URL: https://research-journal.org/technical/algoritm-silovogo-analiza-sharnirno-sterzhnevyx-manipulyatorov-s-prostranstvennym-privodnym-mexanizmom/ (дата обращения: 20.07.2019. ).

Импортировать


АЛГОРИТМ СИЛОВОГО АНАЛИЗА ШАРНИРНО-СТЕРЖНЕВЫХ МАНИПУЛЯТОРОВ С ПРОСТРАНСТВЕННЫМ ПРИВОДНЫМ МЕХАНИЗМОМ

Бабоченко Н.В.

Кандидат технических наук, доцент,

Волгоградский государственный аграрный университет

АЛГОРИТМ СИЛОВОГО АНАЛИЗА ШАРНИРНО-СТЕРЖНЕВЫХ МАНИПУЛЯТОРОВ С ПРОСТРАНСТВЕННЫМ ПРИВОДНЫМ МЕХАНИЗМОМ

Аннотация

В статье представлен манипулятор с двухзвенной шарнирно- стержневой стрелой и рассмотрен силовой анализ шарнирно-стержневого манипулятора с определением его зоны действия, используя пространственный метод координат, для решения задач направленных на определение силовых характеристик шарнирно-стержневых манипуляторов.  

Ключевые слова: манипулятор, шарниры, стержни, гидроцилиндры, статика.

Babochenko N.V.

Сandidat of the technical sciences, assistant professor,

Volgograd State Agricultural University

ALGORITHM ANALYSIS OF POWER JOINT-BAR MANIPULATOR SPATIAL DRIVE MECHANISM

Abstract

The article presents a manipulator with articulated hinge-rod boom and power analysis considered jointed manipulator rod with the definition of its coverage, using spatial coordinates method for solving aimed at determining the characteristics of power-rod pivotally manipulators.

Keywords: manipulator’s, joints, pivotal, hydrocylinds, static’s.

Шарнирно-стержневые манипуляторы относится к семейству погрузочных манипуляторов с пространственным приводным механизмом [1]. Главной особенностью подобных манипуляторов является наличие двух расположенных под углом друг к другу гидроцилиндров, штоки которых посредством особого шарнирного устройства соединены между собой и со стрелой – её коренной секцией. Противоположные концы (корпуса) этих цилиндров крепятся на основании с помощью шарниров с двумя степенями свободы. Указанные звенья образуют особый пространственный приводной механизм, ведущими звеньями которого являются гидроцилиндры. Цилиндры обеспечивают подъём (опускание) стрелы в вертикальной плоскости и её разворот на углы до ± 650 в горизонтальной плоскости.

Грузовая стрела манипулятора может быть шарнирно-сочлененной, в частности трехзвенной, как это предусмотрено в [1, 2]. Для задействования секций (звеньев) стрелы предусматриваются свои гидроцилиндры, которые работают в плоскости стрелы в обычном порядке. Предлагаемый шарнирно-стержневой гидроманипулятор (рис.1; [1,2]) формально включает двухзвенную шарнирно-сочлененную стрелу. В нём имеются: основание 1, два гидроцилиндра 2 и 3 для подъёма (опускания) и поворота коренной секции 4 и стрелы в целом. Штоки гидроцилиндров также соединены в особом шарнирном устройстве 5 со многими степенями свободы. Вторая секция 6 стрелы (рукоять с крюком на конце) приводится в действие двумя параллельно расположенными гидроцилиндрами 7.

В рассматриваемом манипуляторе сформирован целенаправленный силовой поток – звенья стрелы воспринимают усилия растяжения или сжатия. Обе секции стрелы – это пространственные фермы – большинство их узлов несут определенную функцию. В частности, в шарнирном устройстве 5 соединены между собой не только штоки гидроцилиндров 2 и 3, но стержни коренной секции 4 и корпуса гидроцилиндров 7 рукояти. Манипулятор в целом – вместе с гидроцилиндрами – представляет сложную, но функционально обусловленную пространственную ферму, геометрия которой видоизменяется не только за счёт изменения длины гидроцилиндров, но  и дискретного регулирования длины верхних поясов (стержней) обеих секций стрелы.

При силовом расчете двухзвенной шарнирно-стержневой стрелы считаются известными координаты точек А (а, в, -с) и В (-а, в, -с) крепления гидроцилиндров пространственного приводного механизма на основании; в выбранных системах отсчёта (рис. 2), координаты опоры О равны нулю. Известны также геометрические размеры двухзвенной шарнирно-стержневой стрелы, длина гидроцилиндров и их ход штока. Плоские фермы треугольников и, в частности, плоская ферма ОС коренной секции (рис. 1) первоначально трактуются как стержни, а при разработке расчётной схемы секции будет учитываться её реальная конструкция.

Требуется определить усилия F1, F2, F3 в штоках гидроцилиндров (параллельные гидроцилиндры СD рукояти рассматриваются как одно кинематическое звено). В числе искомых величин  реакции Rи R01 в шарнирах О и О1 и момент в опорном шарнире О (на рис. 4, показан вектор-момент 03-08-2018 10-59-51). Изменения геометрии стрелы за счёт длины верхних стержней не рассматривается, как не принципиальное [1, 2].

Сначала определяются искомые величины в системе Оx1y1z1, координатная плоскость Оy1z1 которой отслеживает поворот стрелы в горизонтальной плоскости на угол y и совпадает с плоскостью стрелы. С учётом того, что коренная секция набрана из стержней, составляющие R2 и R3 реакции в опоре О направлены по стержням, а третья составляющая R1 – перпендикулярно плоскости стрелы – вдоль оси Оx1.

Благодаря этому схема расчёта коренной секции и системы в целом упрощается – пространственная система сил сохраняется лишь по отношению к усилиям F1 и F2 в штоках гидроцилиндров пространственного приводного механизма. С учётом этого координаты xС и xК в системе Оx1y1z1 равны нулю.

Составим уравнения равновесия сил и моментов, действующих на шарнирно-стержневую стрелу, в подвижной системе координат Оx1y1z1. При рассмотрении стрелы в целом усилие F3 в штоках гидроцилиндров рукояти и реакция в шарнире О1 являются внутренними силами.

С учётом этого имеем:

03-08-2018 11-01-53    (1)

где yM, yN – координаты вдоль оси О y1 центров коренной секции и рукояти; zA = zB = – c (рис. 2).

В результате решения системы алгебраических уравнений (1), определяются искомые величины F1, F2, R1, R2, R3, M0. Во избежание громоздких выражений решение в общем виде не приводится. Вместе с тем, переходя от “затвердевшей” к реальной системе, отметим, что искомые величины являются функциями длины l1 и l2 гидроцилиндров и обобщённых координат j и y. Следовательно, полное решение задачи силового анализа – это определение диапазона изменения названных величин, в том числе усилий  F1 и Fв штоках гидроцилиндров.

В отличие от традиционных монолитных коренных секций, здесь сила RСx проходит через специальный шарнир С и его цапфы, поэтому не образуется момент закручивания фермы ОС. Сила RСx воспринимается поперечным сечением этой плоской фермы, которая, выполнена жёсткой – с перемычками (рис. 1). Сила R1 является незначительной и замыкается в опорно-поворотном устройстве – в опоре О.

Для определения остальных неизвестных F3 и R01 можно рассматривать равновесие рукояти в той же системе координат Оx1y1z1, координатная плоскость  Оy1z1 которой совпадает с плоскостью стрелы (рис. 2).

Силовой анализ выполняется согласно законам статики. Для рассматриваемого  гидроманипулятора (с плавным и бесступенчатым регулированием скорости перемещения штоков гидроцилиндров, коренной секции, рукояти и груза) коэффициент динамичности кд = 1,05 … 1,15.

03-08-2018 11-02-55

Рис. 1.– Шарнирно-стержневой гидроманипулятор

03-08-2018 11-04-11

Рис. 2 – Силовая схема шарнирно-стержневого гидроманипулятора

Литература

  1. Кривельская Н.В. Совершенствование сельскохозяйственных шарнирно-стержневых гидроманипуляторов с пространственным приводным механизмом: Дис. … к-та техн. наук / ВГСХА. – Волгоград, 2004. – 196 с.
  2. Кривельская Н.В. Совершенствование сельскохозяйственных шарнирно-стержневых гидроманипуляторов с пространственным приводным механизмом: Монография / ВГСХА. – Волгоград, 2010. – 104 с.

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Лимит времени истёк. Пожалуйста, перезагрузите CAPTCHA.