автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.04, диссертация на тему:Основы теории и проектирования блочно-модульных погрузочно-транспортных сельскохозяйственных агрегатов

Ъ /

Всероссийский научно-исследовательский институт

сельскохозяйственного машиностроения (АО «ВИСХОМ»)

На правах рукописи УДК 631.3; 0-75

Герасун Владимир Морисович

ОСНОВЫ ТЕОРИИ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ БЛОЧНО - МОДУЛЬНЫХ ПОГРУЗОЧНО - ТРАНСПОРТНЫХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ АГРЕГАТОВ

05.20.04 - Сельскохозяйственные и гидромелиоративные машины

05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного производства

Автореферат диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук

Москва 1997

Работа выполнена в Волгоградской государственной сельскохозяйственной академии

Научный консультант - Заслуженный деятель науки и техники РФ,

доктор технических наук, профессор В.Л.Строкс

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Н.Н.Колчин доктор технических наук, профессор

Н.И.Верещагин доктор технических наук, профессор А.Н.Скороходов

Ведущее предприятие - Всероссийский научно-исследовательский и прс но-технологический институт механизации и : трификации сельского хозяйства (ВНИПТИМЭС

Защита диссертации состоится «1'3 ¿ЖГ9 6|?ч_' 1997 в ■( О ч

на заседании специализированного совета Д 132.02.01 Всероссийской: учно-исследовательского института сельскохозяйственного машиносл ния (АО «ВИСХОМ») по адресу 127247, Москва, Дмитровское шоссе, 1 С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан « ^ се.и Тй'Врч 1997 г.

Ученый секретарь специализированного со доктор технических наук, профессор

A.A. Сор

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Разнообразие технологических процессов ьскохозяйственного производства определяет задачи и направления дания и совершенствования машинных систем, позволяющих удовле->рять любые требования заказчика новой техники. В общем объеме про-одства погрузочно-разгрузочные операции относятся к наиболее трудо-:им и без должного подхода к совершенствованию погрузочной техники тлексную механизацию всего технологического процесса осуществить озможно.

По статистическим данным до 40% всех трудящихся в сельском хо-стве участвуют в погрузочно-разгрузочных, транспортных и складских ютах. При производстве зерна есть участки, где имеется полностью ной труд и на них падает половина всех затрат труда в рассматривае-х технологических процессах.

Зарубежные специалисты с достаточным основанием считают, что гой из предпосылок интенсивного использования машинно-тракторного «а. является высокая обеспеченность самоходными погрузочно-грузочными средствами, которые составляют 13...15% от общего числа П, причем этот уровень оценивается как недостаточный. Однако в на-í стране этот показатель не превышает 3%.

Анализ прогрессивных технологий дает основание считать, что на-илась тенденция создания погрузочно-транспортных агрегатов, обору-анных по схеме: мобильный энергетический модуль + технологический [уль + погрузочный модуль (манипулятор). Опыт ФРГ показывает, что менение погрузочно-транспортных агрегатов (ПТА) позволяет в 2...3 i увеличить нагрузку на одного работника фермы.

Таким образом, для более полного удовлетворения сельскохозяйст-зого производства в прогрессивной технике необходимы специальные чные исследования и опытно-конструкторские работы по разработке и щнию погрузочно-транспортных агрегатов, основанных на модульном щипе компоновки из унифицированных секций, узлов, блоков. Решению с задач посвящена данная работа.

Цель и основные задачи исследования. Основная цель работы - раз-отка основ теории и проектирования погрузочно-транспортных агре->в, основанных на модульном принципе компоновки из унифицирован-узлов и блоков.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи: разработка методов формирования облика погрузочно-гспортного агрегата на ранней стадии проектирования, с учетом мно-5разия условий технологических процессов сельскохозяйственного пводства, которые основываются на технико-экономической модели и >ии многофакторного планирования эксперимента; разработка методов параметрического синтеза на основе матричного :ания кинематических связей блоков погрузочно-транспортного arpe-

• разработка теории расчета пространственного исполнительного 1 ханизма в виде треугольной пирамиды, его устойчивой работы и опре ление области существования;

• разработка методов силового расчета погрузочно-транспортного регата, состоящего из сочлененной системы твердых тел, с учетом упру сти соединительных звеньев и опорных элементов;

• разработка теоретических основ расчета грузовой устойчивости ш нирно-сочлененных, податливых, многоопорных погрузоч: транспортных агрегатов, когда сосредоточенная возмущающая сила д ствует на разные части агрегата;

• разработка методов исследования динамических процессов, про кающих в гидромеханической системе с учетом диссипативных сил, г совмещенной работе приводных механизмов;

• на основе экспериментальных исследований получение закономер стей изменения кинематических и динамических параметров реальных регатов в условиях нестационарных режимов нагружения и оценки тео тических данных.

Методика исследований. Методика исследований базировалась фундаментальных положениях теоретической механики, сопротивле1 материалов, математической статистики и теории вероятностей, гидрав ки, экономики.

Для решения основных задач по разработке основ теории проек рования изучаемых объектов применялись матричные методы.

Результаты теоретического анализа сопоставлялись с данными, лученными в результате стендовых и натурных экспериментов погрузоч транспортных агрегатов.

Научная новизна. • Разработана методика определения принци альных параметров погрузочно-транспортного агрегата на ранней ста, его создания, которые имеют оптимальные значения по критерию ми мума приведенных затрат.

• Предложены и реализованы принципы параметрического сиш погрузочно-транспортного агрегата, как модульной системы, позвол щие исследовать и получать рациональные компоновочные решения.

• Обосновано условие существование пространственного испол тельного механизма в виде треугольной пирамиды с гидромеханически звеньями и определена область его устойчивой работы.

• Установлен характер распределения нагрузок в элементах пог зочно-транспортного агрегата с учетом их податливости и создана \к дика исследования силового взаимодействия моделей для наиболее тип ных кинематических схем.

• Получена методика определения грузовой устойчивости мод) ного агрегата, представляющего варианты различных компоновок Т1 дых тел, соединенных упругими звеньями и имеющих многоопорный уг гий контакт с несущей поверхностью.

• Доказано условие существования устойчивой работы погрузоч-»-транспортного агрегата при потере контакта между некоторой частью горных элементов и несущей поверхностью.

• Разработана система математических моделей с развитой мольной структурой, адаптируемой к изменению кинематических схем, для намического исследования погрузочно-транспортных агрегатов.

• Обнаружен эффект возбуждения высокочастотных колебаний в гржнях соединительных элементов свободно опирающихся модулей по-узочно-транспортного агрегата, вызываемых работой двигателя энерге-ческого модуля.

Новизна технических объектов и способы их исследования защище-I авторскими свидетельствами на изобретение.

Положения выносимые на защиту. • Принципы формирования ос-вных параметров погрузочно-транспортного агрегата на ранней стадии оектирования исходя из требований различных технологических процес-з сельскохозяйственного производства.

• Основы параметрического синтеза погрузочно-транспортного >егата, позволяющие формировать рациональные блочно-модуль'ные -клрукции.

• Результаты исследования устойчивой работы пространственного юлнительного механизма в виде треугольной пирамиды.

• Распределение силовых факторов в элементах погрузочно-шспортного агрегата с учетом способов соединения модулей и вариан-I опорных контуров.

• Методы расчета грузовой устойчивости погрузочно-нспортных агрегатов для различных кинематических схем.

• Результаты динамического исследования погрузочно-нспортного агрегата при различных режимах его нагружения.

• Результаты экспериментального исследования натурных образ-погрузочно-транспортных агрегатов в условиях нестационарных ре-

лов нагружения.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Предло-:о и обосновано новое направление в механизации погрузочно-нспортных работ сельскохозяйственного производства, представляю-комплекс разработок погрузочных манипуляторов, входящих в состав рузочно-транспортных агрегатов, основные параметры которых опре-потся мощностью двигателя энергетического модуля классов 6, 14, 30, Н. Решены проблемы агрегатирования погрузочных манипуляторов на нципах модульного построения сельскохозяйственной техники. Полу->1 технические решения, созданы методы расчета, позволяющие проек-эвать перспективные образцы погрузочно-транспортной техники суще-нно повышающие производительность труда.

Основные разделы работы выполнены по научно-техническим задал министерств и соответствующих ведомств:

а) Проект «Система машин на 1986...1995 гг.» - Р 16.27 - Погрузч! манипулятор быстросъемный (для трактора класса 14 кН). Разработчи ВИМ, Орелживмаш-, Волгоградский СХИ.

б) МСХ СССР - задание О сх. 104, тема 12.04.

. в) Главтракторогидромаш (тема 42.16.00.87 - 11.0220) - Разработ; конструкцию модульных энергетических средств класса 0,6 на базе саг ходного шасси класса 0,6 с дизелем мощностью 25...30 л. с. для живот водства и других отраслей Госагропрома СССР.

г) Координационный план Министерства для животноводства кормопроизводства (приказ №378 от 12.12.86) - Разработка и исследова! погрузчика кормов ППС - Ф - 0,4А.

д) Госкомитет СССР по производственно-техническому обеспе нию сельского хозяйства (разработка технического задания и опытн< образца) от 30.09.85 г. - Передвижной ремонтный комплекс для текущ ремонта комбайнов «Дон» в полевых условиях.

На базе научных исследований проведены опытно-конструкторс разработки и созданы погрузочные манипуляторы (НПМ - 0,6; НПГ 0,6М; НПМ - 0,8; НПМ - 0,8М; НПМ - 1,3; НМВ - 1,5), способные arpe тироваться как с серийной техникой, так и с перспективными образца Опытные конструкции погрузочных манипуляторов прошли стендовы эксплуатационные испытания и были рекомендованы к серийному прс водству.

По результатам ведомственных испытаний Министерством мел рации и водного хозяйства СССР манипулятор НПМ - 0,8 рекомендова производству - промышленные партии выпущены на Безенчукском ОЭР «Главкуйбышевводстроя» и предприятиях «Главволговодстроя» (г. Во; град). Производство манипуляторов НПМ - 0,8М было освоено в Н «Комплекс» Министерства тракторного и сельскохозяйственного маши строения СССР, Городищенским ремонтно-техническим предприятием Волгоград), объединением «Волговодстройиндустрия».

По запросам более 50 организаций страны были высланы рабо чертежи и другая документация Харьковскому заводу самоходных ша Волгоградскому тракторному заводу переданы пакеты прикладных г грамм для ЭВМ, позволяющие проектировать погрузочно-транспорт: агрегаты с оптимальными параметрами. Информация о погрузочных нипуляторах включена в различные издания, например, сборник, изда] мый ВАСХНИЛ и Госагропромом «Рационализаторские предложена изобретения, рекомендуемые Госагропромом СССР для внедрения в а скохозяйственное производство» - М.: 1987, №5.

Разработки автора используются в учебном процессе Волгограде государственной сельхозакадемии (выпущено два методических пособ чертежи, выполненные автором включены в атлас конструкций - Подт но-транспортные машины в сельском хозяйстве /Под редакг В.Ф.Дубинина - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 199( 47...51.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсужда-ь на:

ежегодных научно-технических конференциях Волгоградской госу-зтвенной сельскохозяйственной академии (1975... 1995 гг.);

научно-практическая конференция «День главного инженера» эюзоргтехводстрой», Волгоград, 1978); XX всесоюзная научная конференция по современным проблемам гедельческой механики (Москва, 1978);

выездная сессия НТС Института * машиноведения АН СССР пгоград, 1978);

научно-техническая конференция ВНИПТИМЭСХ по итогам иссле-ший 1978 году (Зерноград, 1979);

всесоюзный научно-технический семинар (Харьков, 1985); V всесоюзный симпозиум «Малоцикловая усталость - критерии раз-ения и структура материалов (Волгоград, 1987);

I всесоюзная конференция по механике и управлению движением ша-цих машин (Волгоград, 1988);

межреспубликанская научно-техническая конференция

зершенствование средств и методов расчета изделий машиностроения» хоград, 1988);

координационный совет по перспективным машинным технологиям и емам машин в растениеводстве (Волгоград, 1988); всесоюзная научно-техническая конференция «Современные пробле-емледельческой механики» (Мелитополь, 1989); П-я всесоюзная научно-техническая конференция «Проблемы разви-и совершенствования подъемно-транспортной, складской техники и ологии» (Москва, 1990);

всесоюзная научно-техническая конференция по проблеме ледельческая механика и программирование урожая» (Волгоград, I.

Разработанные погрузочные манипуляторы неоднократно демонст-вались на ВДНХ СССР и удостоены золотой, серебряных и бронзо-недалей; экспонировались на Международной Лейпцигской ярмарке в году. Работы автора отмечены дипломами МСХ СССР.

Публикации. Диссертация обобщает исследования автора за период 4 по 1997 гг. Результаты выполненных исследований отражены, в 38 ях, 39 авторских свидетельствах на изобретение, а также в научно- ис-шательских работах по 13 темам, имеющих государственную регист-ю.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 387 стр., стрирована 135 рисунками и 16 таблицами, приложений 57 стр. Спи-итературы включает 214 наименований. Диссертация состоит из вве-, шести глав, общих выводов, списка литературы и приложений.

Содержание работы

]. Современное состояние вопроса. Уровень механизации погруз но-транспортных работ в основных отраслях агропромышлен го комплекса

Эффективность сельскохозяйственного производства в извест! степени зависит от уровня механизации погрузочно-разгрузочных рабе для решения этой проблемы каждой Системой машин, начиная с 1971 г предусматривалось удвоение номенклатуры погрузчиков и приспособ ний к ним.

На основе выполненного анализа современных средств механиза! погрузочно-разгрузочных работ установлено, что при большом много разии погрузочных машин существенную долю составляют универсальн как имеющие больший коэффициент загрузки. Попытки снизить пот урожая и повысить производительность труда при погрузоч транспортных операциях обуславливают тенденцию к пакетированш затариванию грузов, а это в свою очередь - к развитию погрузочных м« низмов в виде «гидроруки». Например, разработанная во ВНИПТИМЭ блочно-копенная технология предполагает формирование блока, имею го среднюю массу до 800 кг, что существенно снижает приведенные зат ты и требует в то же время нетрадиционных погрузочно-транспорт] средств.

Для механизации указанных технологических процессов приш ются погрузчики фронтальные и с шарнирно-сочлененной стрелой, об которых в общей номенклатуре составляет 49%. Обзор отечественны зарубежных конструкций навесных погрузчиков представлен широ: разнообразием систем навески на базовую машину.

Несмотря на многообразие конструкций универсальных погру: ков, потребность выполнения тех или иных технологических операщ высокими экономическими показателями побуждает сельхозпроизвод: лей самим изготавливать необходимую технику. Всестороннее изуче этой проблемы показало, что перспективным развитием погрузочных шин является создание многофункциональных агрегатов на основе б; вых конструкций. В работах ВНИПТИМЭСХ показано, что приори ным считается разработка транспортных средств, оборудованных по. зочно-разгрузочными механизмами, то есть разработка погрузо1 транспортных агрегатов. Транспортные технологические системы с пользованием погрузочно-транспортных агрегатов разработаны и ис дованы А.И.Бурьяновым.

Однако, применяемые погрузочно-транспортные агрегаты им ряд недостатков, присущих компоновке машин из узлов, у которых с г развиты базы стыковки, и агрегаты создаются зачастую с неэффективн! техническими характеристиками. Например, транспор'

гхнологический агрегат на базе самоходного шасси Т - 16М и погрузчика ипа ПГ - 0,2А имеет следующие недостатки:

• значительная собственная масса погрузочного оборудования не по-юляет навешивать какое-либо другое;

• межосевая навеска не оставляет места для размещения кузова.или эддона;

• при использовании прицепа, последний располагается вне зоны дей-:вия погрузочного оборудования.

Обзор погрузочно-транспортных машин, которые используются в . 1 стоящее время в сельскохозяйственном производстве показал, что одним ! направлений решения проблемы формирования этих агрегатов является ючно-модульный принцип, позволяющий комплектовать разнообразные южные нестандартные технические системы с большим различием харак-ристик из сравнительно небольшого, экономически обоснованного ко-¡чества типоразмеров модуль - элементов. Теоретические основы по ючно-модульным принципам проектирования сельскохозяйственной хники содержаться в работах И.П.Ксеневича, Г.Е.Листопада, Д.Петрова, Н.Н.Колчина, В.А.Хвостова, В.В.Яцкевича, А.И.Бурьянова, М.Антышева, Г.П.Варламова, В.П.Евтенко, А.Н.Лысенко, И.Верещагина, А.Н.Скороходова и других авторов. В результате этих следований проведена классификация блочно-хмодульных агрегатов, основан типоразмерный ряд энергетических модулей выявлены достоин-за и недостатки различных вариантов, определена область их рацио-льного применения. Выполненный обзор приведенных выше работ пока-1, что они посвящены машинам, предназначенным для технологических ераций растениеводства - предпосевной обработки почвы, посева, убор, но практически нет исследований по переработке затаренных и штуч-х грузов и не изучены погрузочно-транспортные агрегаты, сформиро-шые на блочно-модульных принципах конструирования, хотя существу-острая потребность в этом виде техники.

2. Погрузочно-транспортный агрегат как элемент агропромышленного комплекса

Методология проектирования и реализация погрузочно-.нспортного агрегата (ПТА) предполагает системный подход к изуче-о технической системы (ТС) как объекта, выполняющего определенные «щии в конкретных условиях. Жизненный цикл ТС включает несколько дий, основными из которых следует считать следующие: - внешнее проектирование, состоящее из двух этапов - а) обоснование ребности в создании новой техники; б) проведение научно-технических ледований.

[ - внутреннее проектирование и создание опытного образца.

Значимость принятия решений на этой стадии составляет 75% в общем объеме жизненного цикла. Первый этап создания ТС должен ответит! на вопросы:

- есть ли потребность в новой технической системе (ТС)?

- какой принципиальный вид она должна иметь?

Иными словами на этом этапе предлагается техническая концепцш и формируется облик ТС. Формирование облика ТС представляет coöoi задачу определения его основных параметров с учетом природно климатических зон, организации использования машинно-тракторноп парка, возможных вариантов агрегатирования различных видов машин i механизмов, технико-экономических показателей и других факторов.

Из рис. 2.1. видно, что процесс создания ТС может быть нисходя щим и восходящим. В случае нисходящего проектирования ТС разрабаты вается в направлении более низкого иерархического уровня, когда сведе ния о составляющих узлах и элементах имеют приблизительный характер Но поскольку значительное количество элементов низших уровней либ разработаны, либо их разработка носит эволюционный характер, то н наш взгляд методологии развития новых ТС предполагает итерационны процесс, в котором процедуры внешнего и внутреннего проектирован!! взаимно дополняют друг друга.

В основе решения задачи по определению конструктивных парам еров погрузочно-транспортных агрегатов находятся физико-механические геометрические характеристики штучных и затаренных грузов. Эта кат гория грузов относится к наиболее трудоемкой в обработке, а их доля общей номенклатуре в среднем составляет З5...46%. Оценка параметре штучных и затаренных грузов проводилась по следующим отраслям сел скохозяйственного производства: I - растениеводство;; II - животноводств III - обслуживание МТП; IV - мелиоративное и сельское строительство; \ агрохимия; VI - внутрихозяйственные работы. В результате обработки ст тистических данных было установлено, что категория штучных грузов в доизменяется с развитием производства, и распределение масс грузов учетом типоразмеров контейнеров и поддонов показывает, что параметр погрузочных машин должны входить в стандартный ряд грузоподъемн стей - 8,0; 10,0; 12,5; 16,0; 20,0кН. Вылет грузонесущего рабочего орга при подъеме груза на высоту не менее 2,5 м должен быть равен не мек 4 м.

Однако оценка параметров агрегата, основанная только на базе > рактеристик перемещаемых грузов, не дает возможности получения их с тимальных значений. Проведенные исследования позволили определи генеральное направление разработки и совершенствования погрузоч! транспортных агрегатов, которое основано на системном методе технш экономического анализа. Применение технико-экономического анагп предполагает использование зависимостей, функционально увязываюп между собой различные параметры машин - конструктивных, технологи ские, эксплуатационные, экономические и в конечном итоге позволяет i яснить влияние этих параметров на критерий оптимизации.

Технологические процессы агропромышленного комплекса

1 !

I

Система штучных и затаренных _грузов в ЛПК_.

II

Рис. 2.1. Графическая модель иерархического развития погрузочно - транспортных агрегатов

Для решения задачи оптимизации был использован метод много факторного планирования, позволяющий получить уравнение регресси: критерия оптимизации в функции от заданных параметров. Совокупност этих подходов позволяет получить методику для определения оптималь ных параметров погрузочно-транспортного агрегата для различных тех нологических процессов. На рис. 2.2. представлена блок схема технике экономической модели для технологических процессов уборки прессовав ного сена.

Предложенная методика дает также возможность выбирать опта мальный технологический процесс с использованием ПТА, причем ж ел г тельно, чтобы его конструкция позволяла применение и в других техпрс цессах, то есть была многоцелевой. Например, транспортировку прессе ванного сена можно выполнить, по крайней мере, тремя наборами машин:

• первый вариант - все операции выполняются одним ПТА (трактор ■ погрузочный манипулятор + прицеп);

• второй вариант - транспортировка осуществляется трактором с пр* цепом, а погрузка и укладка рулонов в штабель тракторами со стогометг телями, оборудованными приспособлениями для работы с рулонами ПП] -0,5;

• третий вариант - погрузка и транспортировка осуществляется агреп том, подобным первому варианту, но вылет стрелы манипулятора знач1 тельно меньше, а рулоны перемещаются вдоль прицепа транспортер о;, укладка рулонов в штабеля производится стогометателем. Во всех вариаг тах технологии транспортировки в качестве факторов принимались незг висимые параметры приведенные в таблице 2.1.

Таблица 2.

Факторы Кодированное значение - Значение фактора на нулевом . уровне . Интервалы : ; варьирования :

Вес перевозимогогруза, кН < : XI 42 24

Расстояние транспортировки, км Х2 6 4

Объем сена перевозимого за день, кН ХЗ 700 500

Загрузка манипулятора, ч 1 Х4 600 200

Загрузка стогометателя, ч ' • • | Х5 400 200

Результаты аналитического исследования приведены на рис. 2.3 позволяют судить о наиболее рациональной технологии транспортировк прессованного сена.

3. Задачи синтеза и анализа погрузочно-транспортного агрегата

Блочно-иерархическая структура представления погрузочне транспортного агрегата (ПТА) позволяет рассматривать на каждом уровр

X

Н?Аг+Ал+-иЛ5

^ТА<ЪВОО.\Уг

А

2 ТЛг ЪБОО-\>/г

к-Тсг/СЩЦ

1

4 *

т

1^/(5600/\У2)

4

X

- Ъ=Т2

1 Ъ-Та-ОЛ

нс0,1н0*о,тг

Но=Г0У/(Ц-//3Ц) ПгВЩ

Ц*0,85-д04(У-2,5)\

I

I

15

Рис. 2.2. Блок-схема технико-экономической модели ПТА

J

f%

Oh

0,2

0 $

Pfyy 0,6

ч а и-- :2КН

—-

Q,U

, 02 i

d 0,1

05

0?

100

400 600 WO 1000 Rl Kk/di

Ш

V- ч

"S N

ZOO WO 600 800 WOO R1K%Sm

II* {Ok <н

/Г ____ —

200 400 600 800 Ю00 Rj Рис. 2.-3 . Влияние объема перевозок Rl при разных значениях стояния перевозок L1 на себестоимость перевозок се: кН (параметры погрузочно-транспортного агрегата технологий I, II, III)

>и подсистемы и элементы, используя в этом случае различные методы 1Литичсского исследования, позволяющие произвести количественную и ¡ественную оценку величин, характеризующих свойства технической темы. Таким образом возникает задача синтеза ПТА решение, которой 'ществляется по двум направлениям - структурный синтез и параметри-кий.

Процедура структурного синтеза ПТА позволяет выяснить распо-кение и наличие связей между основными элементами и блоками. Мощный принцип построения ПТА предполагает задачу получения реаль-к объектов из множества компоновочных решений. На этом этапе про-ирования должна быть разработана геометрическая модель агрегата, ■собная определить принципиальные параметры, характеристики форм азмеров.

Полученная модель в дальнейшем используется для весовых, проч-тных, динамических расчетов, поэтому важно отыскать рациональный иант сочетания модулей, который должен удовлетворять заказчика но: техники.

На рис. 3.1 представлены варианты компоновочных схем погрузоч-гранспортных агрегатов, сформированных на базе возможного сочета-минимального комплекта модулей. Для конкретного технологического цесса оптимальный вариант компоновки агрегата может быть получен основе положений теории множеств, когда характеристики модулей единены в матрицах. В наиболее общем виде математическая модель поновки ПТА имеет вид

К =< Е, Е >,

Е = {е1, е2... еш} - множество элементов;

Р = {Л,И.,.Гп}- множество функциональных отношений на множестве

Если ввести матрицы наименований и характеристик рассматривае-. модулей, то матрица М есть определение подмножество исследуемого жества и всех модулей, а столбцы - порядковые номера элементов в 1 подмножестве:

а! а2 ... ап

Ы Ь2 ... Ьп М= [,

(11 <12 ... с!п

А. = {а1, а2... ап] - подмножество грузоподъемных модулей; } = {Ы,Ь2...Ьп}- подмножество энергетических модулей; Г = {с1, с2... сп) - подмножество грузонесущих платформ; I) = {(11,62... с!п} - подмножество соединительных элементов. 1орядок соответствия между элементами множеств устанавливает со-тствующие бинарные отношения. Кроме аналитической записи

отношений между модулями, эти взаимосвязи в виде соответствующего неориентированного или ориентированного графа, что позволяет ограничить число нереальных компоновок.

Одной из основных характеристик погрузочного манипулятора ПН), определяющих его функциональные возможности является зона об-шуживания, которая зависит от конструкции грузонесущего органа, спо-:оба его перемещения, расположения стойки ПМ на погрузочно-гранспортном агрегате, технологического процесса погрузочно-шгрузочных операций.

В настоящее время нашли применение два типа исполнительных ме-;анизмов - плоские и пространственные, которые обеспечивают перемеще-ше грузозахватного органа. Если кинематика и динамика традиционных тоских механизмов достаточно хорошо изучена, то пространственные аарнирно-рычажные механизмы, обеспечивающие сложные движения ис-голнительных звеньев требуют дополнительных исследований.

Пространственные механизмы в виде треугольной пирамиды, кото-ые наиболее приспособлены для перемещения грузозахватного органа [анипулятора, впервые были исследованы В.И.Пындаком, С.Ф.Орловым, [.В.Ляминым, ВЛ.Строковым, А.А.Карсаковым. Изучение работ, посвя-1енных пространственным механизмам, показало, что наиболее удобным атематическим аппаратом является матричное исчисление, которое по-золяет формализовать процедуру вычислений. Общим признаком этих етодов является преобразование систем координат с помощью матриц зетьего и четвертого порядков.

В упомянутых выше работах рассматривается геометрическое усло-ге существование пространственных механизмов. Однако проведенные ¡оретические исследования показали, что основным условием обеспече-{я устойчивости при изменении геометрии механизма, является положи-льные значения усилий в стержнях системы.

Исходя из этого положения, разработаны методики силового расче-. пространственных механизмов с тремя и двумя звеньями переменной ины, и получены зависимости для определения зоны обслуживания по 1бранному критерию устойчивости.

Компоновочные схемы погрузочно-транспортных агрегатов предлагают достаточно широкий спектр составляющих блоков и соединяю-га их элементов. Особый интерес вызывают соединительные элементы в де стержневых систем, которые позволяют образовывать наибольшее личество вариантов ПТА, способных охватить большой диапазон тех-логических операций. При исследовании анализе взаимодействия основ-[х блоков (погрузочного манипулятора, энергетического модуля, техно-гического модуля) были установлены следующие результаты: I) получены теоретические зависимости для определения усилий на эрных элементах ПТА;

!!) разработана методика для определения нагрузок, действующих в :ментах соединительного звена;

3) установлены параметры, влияющие на величины усилий в элемента соединительного звена;

4) теоретически обоснованы основные конструктивные параметры;

5) обоснованы величины жесткостей отдельных элементов ПТА.

На рис. 3.2 представлены основные расчетные схемы ПТА, где им( ются два абсолютно жестких тела: I - теоретический модуль, II - энергеп ческий модуль, на котором размещен погрузочный манипулятор. Два бл< ка I и П соединены между собой стрежнями 1 и 2, представляющими собс соединительное звено, которые могут иметь различную конфигурации Расчетная схема представляет собой статически неопределимую рамну систему на упругоподатливых опорах. При решении задачи учитывалос что элементы соединительного звена имеют незначительную жесткост поэтому при раскрытии статической неопределимости необходимо учил вать их деформацию. Взаимосвязи между силовыми факторами и моме] тами, действующими на ПТА имеют сложные аналитические зависимост В результате теоретического исследования была получена комплексная х рактеристика Ъ, которая зависит от многих факторов, и названн; «коэффициентом упругости агрегата» (КУА):

а 1

( 1 1 йЗ

1 1 \ ет>

+

2Ь, • с

ч -у -I---

чс,Ь, сгЪг) Ш где а,Ъ1.Ъ2,1 - геометрические параметры агрегата; с,, с2 - жесткость опорных элементов;

Б - числовой коэффициент, зависящий от формы геометрической о

симметрии соединительного звена; ] - момент инерции поперечного сечения стержня соединительного зе

на;

Е - модуль упругости материала стержня.

Для оценки тенденции изменения параметров агрегата и силов! факторов был проведен аналитический анализ погрузочно-транспортно агрегата на базе МЭС - 0,6. На рис. 3.3 представлены некоторые резулы ты проведенных расчетов.

Особое внимание в теоретических исследованиях было уделено сг собом воздействия на силовые факторы в элементах связи, в результатет го установлено влияние фиксации колес ПТА, расстояния между опорньи элементами, формы стержней соединительного звена, что позволяет с> зить нагруженность в элементах ПТА.

и,

И 5*Ю

ш

/ООО

юоо

ж

Щ

см <м

¿70 (размерь; 8 ММ)

590,

Мпр § Q,

го

юоо

I

Vo

т

%

№0 590/

(размеры 6 Мм)

til О

Рис. 3.2. Расчетные схемы ПТА

550 450

350

250

ъю* 1/см

А

•

2

Рис. 3.3. Зависимость коэффициента упругости агрегата от момент инерции поперечного сечения стержня соединительного звена 1 - прямой стержень; 2 - ломанный стержень.

4. Устойчивость погрузочно-транспортного агрегата как основнс критерий технического уровня

Рассматриваемые ПТА представляют свободно-опирающиеся те: нические системы, состоящие из отдельных шарнирно-сочлененных бл< ков, что приводит к дополнительным трудностям в расчетах и оценке I устойчивости. Исследуемые ПТА имеют многоточечный контакт с опо] ной поверхностью, что является преимуществом перед другими вариант; ми грузоподъемных машин, ввиду низкой чувствительности к разгруз] одной из опор. Причем из-за упругости пневматических шин энергетич ского и технологического модулей имеет место нечетко обозначенное ре( ро опрокидывания.

Устойчивость агрегата является решающим условием проведет технологических операций и связана с геометрическими параметрами агр гата, координатами центров масс отдельных блоков, жесткостью опорнь элементов, что позволяет ее считать комплексной характеристикой, оцен: вающей совершенство конструкции.

При анализе устойчивости ПТА рассматривались наиболее общие схем] представленные на рис. 4.1. В режиме проведения погрузочн разгрузочных работ для схемы рис. 4.1,а,б условием устойчивой работ агрегата считается отрыв одной из опор погрузочного манипулятора, ра положенного на технологическом шасси. Одним из основных параметре влияющих на устойчивость является расстояние от приведенной точ1

Рис. 4.1. Базовые конструкции для анализа грузовой устойчивости ПТА.

закрепления погрузочного манипулятора до центра его масс с учетом вес груза, обозначаемое хс.

Для жесткого соединения модулей в случае, когда соединительно звено имеет два стержня, получено отношение крутильных жесткостей:

где Я. 01 - податливость на кручение при переменной длине соединительног звена (один стержень); 102 - при двух стержнях;

В3 - база выносных опор погрузочного манипулятора; I з - длина соединительного звена. Для шарнирного соединения модулей формула для определения д имеет вид:

где £ - вылет стрелы манипулятора;

А, - аналитическое выражение, зависящее от конструктивных шраме: ров и упругой податливости элементов агрегата;

Ф - угол поворота стрелы манипулятора по горизонту.

Анализ результатов исследования показал, что в случае шарнирног соединения модуля координата хс изменяется в зависимости от угла повс рота стрелы по горизонту, причем минимальное значение хс зависит о длины соединительного звена £ъ. С уменьшением £3 положение экстр! мальной точки смещается в сторону больших углов поворота стрелы. Пр жестком соединении хс практически не зависит от длины соединительног звена и остается постоянным.

Вариация изучаемых параметров позволяет получить некоторые ре комендации, которые можно использовать в практическом проектировг нии:

1) увеличение податливости опор манипулятора (Х3) приводит к уведа чению координаты центра масс (х^)^;

2) уменьшение податливости колес технологического модуля агрегат способствует увеличению координаты

3) с увеличением ширины колеи, или расстояния между опорами погр> зочного манипулятора , координата (хс)тп также увеличивается.

Некоторые результаты расчетов приведены на рис. 4.2,4.3.

Критерием устойчивости при исследовании ПТА по схеме, изображенной на рис. 4.1,в, был принят угол поворота стрелы манипулятора, пр^ котором реакция на одной из выносных опор равна нулю. Установлено,

■з

2А1£3зтф-ссвср'

Рис. 4.2. Взаимосвязь податливости и геометрических параметров

т] соединительного звена.

/ 2 3

в.

Рис. 4.3. Влияние геометрических параметров соединительного звена на положение центра тяжести системы.

что взаимосвязи параметров ПТА удобно искать в зависимости от относительного параметра

где Як - податливость колеса; Х3 - податливость выносной опоры.

На основании полученных аналитических зависимостей сформулированы некоторые результаты:

1. Реакция опор ПТА и критический угол поворота стрелы по горизонту зависит от отношения «п», причем примерно при значении и > 2 величина критического угла поворота <р к стабилизируется.

2. Критический угол поворота стрелы манипулятора <рк возрастает с увеличением степени вывешивания агрегата на выносных опорах, причем эта зависимость при п=1 более предпочтительная, чем при значении п = оо.

3. Блокировка соединительного шарнира между энергетическим и технологическим модулем дает положительный эффект только при условии п < 2.

4. Увеличение базы выносных опор приводит к увеличению критического угла поворота стрелы но незначительно. Так, например, при п = 10 и при увеличении базы выносных опор с В3 = 3 м до В4 = 4 м, критический угол поворота увеличивается на 17%, а при п=1 - на 13%.

Класс погрузочных агрегатов, когда манипулятор расположен на навесной гидросистеме представлен на рис. 4.1, г, д. Исследуемый агрегат имеет нежесткую шарнирную связь между энергетическим модулем и погрузочным, причем опорный контур является многоточечным. Наибольший практический интерес представляют два критических случая:

I - реакция выносной опоры погрузочного манипулятора больше, либо равна нулю;

П - выносная опора отрывается от поверхности и реакция одного из колес энергетического модуля равна нулю.

В результате анализа получены зависимости для определения критических углов поворота стрелы манипулятора:

а) при котором одна из опор манипулятора отрывается от поверхности

_ . / Е, -к-созфп4

Фз = ап^— + агсзщ —-—

А3 \ А3

б) при котором заднее колесо энергетического модуля отрывается от поверхности

, В, . (Е, -ссвсро Ф2 = аг^—- + агсБШ —1--

А.2 V А2

где Е; = У;р/М; Ц = У1ми/М; А, = У<т/М;

V) - реакции на опоры ПТА; М - грузовой момент; к = 1^/М; - вес погрузочного манипулятора и груза.

Если ввести дополнительные связи (рис. 4.1,д) в соединительное зве-о, то образуется жесткая ферма. Для этого случая агрегатирования разра-отана методика расчета ПТА на устойчивость. Экспериментальным пу-;м установлено, что угловая жесткость в этом случае выросла в 2,6 раза.

5. Динамический анализ параметров погрузочно-транспортного агрегата

Разработке динамических методов анализа грузоподъемных машин эсвящены работы М.С.Комарова, М.М.Гохберга, С.А.Казака, .А.Вайнсона, В.П.Черенкова, А.А.Смехова, Н.И.Брауде, Н.И.Ерофеева и эугих ученых..

Поскольку грузоподъемные машины являются весьма сложными энструкциями, то возникают серьезные трудности в построении адекват-ых расчетных моделей. В большинстве случаев рассматриваются двух- и эехмассовые динамические системы с упругими звеньями, а для таких эъектов как портальные краны учитывают дополнительные массы меха--I3MOB подъема и изменения вылета стрелы.

Погрузочные манипуляторы, входящие в состав ПТА имеют конст-/ктивные элементы весьма близкие к универсальным погрузчикам сель-:охозяйственного назначения. Исследование динамики этих механизмов гражено в трудах О.Г.Озола, З.Э.Радзиня, Я.В.Рося, В.Я.Акментиня, .Х.Гохтеля, В.Л.Жавнера, А.М.Борисова, В.В.Красникова, Ф.Дубинина, В.И.Пындака, А.Ф.Рогачева и других авторов.

Этот класс механизмов отличается присутствием в кинематических :пях упругих гидравлических звеньев, которые существенно влияют-на рактер протекания динамических процессов.

Несмотря на частные отличия компоновочных схем, общие принци-.1 построения динамической модели ПТА разрабатывались для наиболее рактерных вариантов: а) ПТА, имеющий шарнирное соединение мани-'лятора с энергетическим или технологическим модулем (рис. 4.1 ,г) и б) ГА, имеющий жесткое соединение всех образующих его модулей (рис. 1,6).

В первом случае ПТА (рис.5.1) представлен в виде трехмассовой уп-гой системы. Для получения управлений движения были использованы авнения Лагранжа второго рода. За обобщенные координаты были при-ты следующие:

Ф,у,0 - углы поворота основной секции стрелы и рукояти; % - угол поворота жесткого подвеса груза в продольной плоскости arpera;

X - прогиб конца рукояти.

Проведенные предварительные расчеты показывают, что макси-льный момент инерции гидроцилиндров составляет всего около 6,8% от мента инерции стрелы, и поэтому она представлена массивным стерж-м с равно распределенной массой.

Общие динамические уравнения движения системы, с учетом обоб-нных координат, имеют вид

сТ_ЭГ = _ЭП ' Л Эф Эф ф Эф

эг_ эг = м

Л дц Эу у

ё ЭТ ЭГ .. ЭП п --:---= М„-- (5.1)

сИ 39 56 об

эг = _эп

ей э4 ~ э? ^эг_эг = _ЭП_ЭФ &дк дк~ дк дк.

Многообразие сил, действующих на ПТА сведено к следующим щпам: движущие силы, или силы, создаваемые движением рабочей жид-пи в гидроцилиндрах; внешние силы -силы тяжести звеньев манипуля-ра и груза; силы сопротивления - силы трения в шарнирах, гидравличе-IX магистралях, силы внутреннего трения в шарнирах, гидравлических гистралях, силы внутреннего трения в металлоконструкциях. В общем /чае выражение для обобщенной силы имеет вид: <2, = Мда1 - МВН1 -м^ - мф_, : М - моменты от движущих сил; Мвн. - моменты от внешних сил; М-^ -менты от сил трения; Мф. - моменты от сил внутреннего сопротивления.

Работа гидропривода описана системой нелинейных дифференци->ных уравнений, при этом необходимо учитывать, что силовые гидроци-здры Являются звеньями гидромеханической цепи, в свою очередь опиваемой системой дифференциальных уравнений, число которых равно :лу обобщенных координат. Причем, обобщенные координаты должны >дить также и в систему уравнений, моделирующих гидропривод. Дви-щие силы гидроцилиндров определяются выражением

<5, = Рц Рд - Рщ Ршг, 0 = 1,2,3),

: Рц - давление в поршневой полости; Рщ,-. - давление в штоковой по-гги; Рп. - площадь живого сечения поршневой полости; Рщ- - площадь вого сечения штоковой полости; 14-^ - сила трения в ¡-том гидроцилинд-определяется зависимостью

: - коэффициент вязкого трения ¡- го гидроцилиндра; - скорость ока ¡- го гидроцилиндра; I]- усилие при упоре поршня цилиндра в >1шку или дно.

Положение точки С .определяющей силовое воздействие на гидро-шндры однозначно определяется радиус-вектором Яс и обобщенными эрдинатами ф и V)/:

хс = Д. ссвср зт у; ус = Д. соБсрсозу; гс = ^ Бту.

Для варианта , когда модули соединены жестко (рис.4.1 ,б) в качеств обобщенной координаты был введен дополнительно угол качания агрегат относительно выносных опор.

При разработке математических моделей , с учетом возможных дс полнений был разработан алгоритм с развитой модульной структурой Особенностью алгоритма является выделение в отдельные модули вычис ления квадратной матрицы инерционных коэффициентов правых чаете системы дифференциальных уравнений , а также входящих в них уравш ний гидропривода . Это позволяет дополнять систему различными вариа? тами конструктивных решений элементов агрегата.

В качестве исходных данных для решения системы дифференциал! ных уравнений (5.1) были использованы параметры спроектированных изготовленных погрузочных манипуляторов НПМ-0,8 и НПМ-0.8М . Скс рости перемещения грузонесущего оборудования выбирались такими, чте бы время цикла или отдельных движений были близкими времени цикл родственных погрузочных средств , определенное статическим методом.

На возмущение всей гидромеханической системы существеннс влияние оказывает движение рабочей жидкости . С целью выяснения оцет ки воздействия работы гидропривода на кинематические и динамически параметры погрузочного манипулятора были выбраны два характерны режима: а) опускание груза рукоятью под действием силы тяжести , б)опускание груза рукоятью при работающей насосной станции. На ри 5.2,а приведены графики изменения усилий на штоках гидроцилиндров пр работе системы под действием силы тяжести груза. В этом случае начал) ная фаза движения сопровождается интенсивным колебательным проц& сом , который длится всего 1,8 с (масса груза 800 кг.). Время разворота р; кояти на угол , при котором рукоять и подвес образуют прямую линию составляет 5с. и в данном случае обусловлено характеристиками гидром! ханической системы , причем раскачка груза практически прекратилась что характеризует ее демпфирующую способность.

Обработка данных , полученных в результате вычислительного эк> перимента показала , что увеличение быстродействия механизма опуск; ния груза в 2,63 раза , по сравнению со свободным ходом , приводит к ув! личению суммарного времени цикла в 4,2 раза. Это говорит о существов; нии предела , начиная с которого форсирование скоростей не приводит желаемым результатам - повышению производительности труда.

Расчетным путем установлено, что начало переходных режимов с< провождается возбуждением высокочастотных колебаний в металлоконс рукции. Низкочастотная составляющая динамического процесса имеет п риод колебаний равный периоду раскачки груза на жестком подвесе. К< лебания энергетического модуля при шарнирном агрегатировании погр; зочного манипулятора оказывают незначительное влияние на общий х; рактер динамики агрегата. Оценка динамической нагруженности гидрощ линдра поворота рукояти, работающего на растяжение во время перехо.

О

НН

Л

Г

•

Мп —

7 А 1

/ / J V -02

1/

4,5 ¿,С

К *

0,5

5

0,3 3

0,1 1

0,1 1

03 3

5

о,ь

7

0,7- 9

[с. 5.2 . Опускание груза рукоятью под действием силы тяжести: а) усилия на штоках (1- пространственный механизм, 2 - рукоять), б) угол раскачивания груза, его скорость и ускорение.

ного процесса в 3,4 раза выше, чем гидроцилиндра механизма подъемг работающего на сжатие.

6. Результаты экспериментального исследования погрузочного агрегата

Теоретическое описание динамических процессов, протекающих сложной гидромеханической системе, какой является погрузочнс транспортный агрегат, вызывает известные трудности. Поэтому важнее шим этапом создания новых ПТА является проведение натуральных эксш риментальных исследований - стендовых и эксплуатационных. В соотвеп ствие с разработанными методиками были спроектированы и созданы и: мерительные комплексы, на которых проводились исследования ПТА манипуляторами НПМ-0,6 М; НПМ-0,8; НПМ-0,8 М, разработанными Волгоградском СХИ и погрузочно-транспортные агрегаты с манипулятс рами-погрузчиками МБП-Ф-0,5; ПГК-Ф-0,4; ПГА-Ф-0,6, разработанным в ПО «Сельхозпогрузчик» (г. Орел), совместно с Волгоградским СХР Кроме того,-погрузочно-транспортные агрегаты, в состав которых вход! ли погрузочные модули НПМ-0,8 М и ПГК-Ф-0,4 прошли эксплуатацио? ные испытания.

Оценка поведения гидромеханической системы ПТА возможна в ре зультате обработки регистрируемых геометрических, кинематических и динамических параметров, к которым относятся:

1) углы поворота основной секции стрелы в двух плоскостях, а так» угол поворота рукояти;

2) усилия, действующие на силовые гидроцилиндры;

3) ускорения груза по трем взаимно перпендикулярным осям координат

4) усилия, действующие на элементы соединительного звена;

5) усилия, действующие на опорные элементы ПТА.

Измерительные комплексы позволяют производить регистраци] 21...30 параметров, что обеспечивает достаточно ясное представление о х; рактере динамических явлений (рис. 6.1).

Экспериментальные исследования при различных режимах нагр} жения позволили установить характер нагружения на основные элемент: ПТА, что позволяет оценить распределение силового потока. Ускорен« груза при перемещении его по вертикали не превысило значений 0,95 м/с' в то время как ускорения в горизонтальной плоскости имели среднее зн; чение 8,7 м/с2.

При развороте груза по горизонту, в случае перемещения мака мальных масс, наблюдается отрыв одной из опор манипулятора, однак реакции на колесах энергетического модуля изменяются несущественн< причем их значения остаются меньше реакций собственного веса н 15...35%. Это подтвердило предположение, что многоопорный агрегат г

1С. 6.1. Стенд .для испытаний погрузочного манипулятора : 1 - погрузчик; • 2 - основание; 3, 4, 5 - гидроцилиндры манипулятора; 6, 7, 8 - гидрораспределители; 9 - насос; 10 - предохранительный клапан; 11 -фильтр; 12 - гидробак; 13, 14, 15 - стрела, надставка и колонна манипулятора; 16 - блок управления; 17 - имитатор крюковой нагрузки; 19, 20, 21, 22 - дроссели.

теряет грузовой устойчивости в случае, когда одна, или две опоры теряк контакт с несущей поверхностью.

Учитывая, что для расчетной практики удобно пользоваться ра личными поправочными коэффициентами, были получены динамическ! коэффициенты для наиболее нагруженных элементов.

Таблица 6.

Значения динамических коэффициентов для различных режимов работы

V ' Л,' ; . ч- : Значегом динамических коэффициентов

. .. • Рабочий цикл-, • -):- Верхний Нижний. Нижний Выносная Цилиндр Цилш

стержень стержень стержень опора рукояти иеханиэ

- (Т-4) • (Т-5) (Т-9) подъех

Подъем груза в фрон-

талыюй ПЛОСКОСТИ • 2,3 2 2,2 1,4 1,2 1,35

Опускание груза руко- ,'

ятью из максимальной",

-высотъг::Ул-> V";' 2,1 2,25 1,6 1,85 2,05 2,4

Совмещенный поворот и

опускание груза' ■■ "-:/ ; 1,67 3,1 1,8 1,33 1,37 1,7

Опускание груза руко-

тальйой плоскостью V 2,3 2,45 2,1 1,5 1,5 1,2

Натурные тензометрические исследования ПТА показали, что гр фики изменения нагрузок в элементах погрузочного манипулятора нос: многокомпонентный характер. Увеличение скорости подъема груза пря\ пропорционально времени затухания свободных колебаний и начиная некоторого предела повышение скорости работы не способствует увелич ник» производительности (рис. 6.2). Увеличение рабочих скоростей влия' также и на усталостную прочность элементов ПТА (рис. 6.3). Запись су] марного графика усилия в элементе ПТА при подъеме груза со скорость 0,63 м/с представлена на рис. 6.4, где составляющая 1 является результате вынужденных колебаний груза, а составляющая 2 - результатом вибраци создаваемой двигателем энергетического модуля.

Технико-экономическая эффективность предлагаемых погрузочн транспортаых агрегатов обусловлена созданием новых технологическ! процессов производства погрузочно-разгрузочных и транспортных работ различных отраслях агропромышленного комплекса за счет сокращен] энергетических и технологических машин, а также численности обслуж вающего персонала.

Фактический годовой экономический эффект получен:

• Совхоз «Россошинский» Волгоградской обл. - 2725 руб на одну машин

• Главное управление по ирригации и строительству совхозов в Пово жье -12175 руб. на одну машину;

• НПО «Комплекс» Минсельхозмаш СССР, «Главволговодстрой» Ми водхоз СССР Технологический процесс «Разработка новой технологии п грузки-разгрузки навесным манипулятором в полевых условиях» - 12041 руб;

'ис 6.2 . Зависимость времени продолжительности операции от скорости подъема груза.

Рис 6.З.. Зависимость среднего размаха колебаний (А), неравномерности исследуемой величины (5) и средней частоты колебаний (п) от

Рис 6.4 . К анализу кривой усилия в элементе погрузочного манипулятора.

• Перечень изобретений, использованных в народном хозяйстве Вол града и области в 1986 г. Волгоградский ЦНТИ - а.с. 555046-227000 руб. (в ценах 1991 г.)

Внедрение научных и практических разработок автора подтв ждаются актами, протоколами, расчетами.

Основные выводы и рекомендации

1. Современной тенденцией развития комплекса машин для прс дения погрузочно-разгрузочных и транспортных работ в агропромышп ном комплексе является создание погрузочно-транспортных агрегатов, ганизованных по схеме «энергетический модуль + технологический мод + погрузочный модуль» на принципах блочно-модульных конструки Иерархический подход к формированию системы показателей, опр< ляющих облик погрузочно-транспортного агрегата наиболее эффектш когда предполагается, что на высших уровнях находятся обобщенные казатели, позволяющие оценить его технический уровень, а на низ1 уровнях располагаются локальные показатели.

2. На основные параметры погрузочно-транспортного агрегата шающее значение оказывает номенклатура грузов агропромышленн комплекса, их массовые и геометрические характеристики. На ранней I дии создания ПТА целесообразно использование технико-экономичес модели, включающей большое количество переменных величин, с по щью которой могут быть получены оптимальные технико-экономичес показатели ПТА для основных технологических процессов растениево, ва и животноводства. Высокая эффективность достигается при испол: вании теории многофакторного планирования эксперимента, с помог которой можно выявить тенденции развития и взаимного влияния раз; ных параметров и экономических показателей ПТА.

3. Процедура формализации модульного принципа построения Г основана на использовании теории графов. Задача оптимизации кол новки агрегата решается с помощью набора матриц, отображающих можности и качественные характеристики связей между элементами П Формализацию определения зоны обслуживания погрузочного манип тора целесообразно проводить с помощью соответствующих мат третьего и четвертого порядков, позволяющих объединить преобразовг поступательного и вращательного относительных движений.

4. Условием устойчивой работы пространственного исполнител! го механизма в виде треугольной пирамиды является положительное чение усилий в гидравлических звеньях. Ограничением этого условия жит конкретное значение угла поворота грузонесущего органа по гори ту зависимости для определения, которого представляют соотношение жду геометрическими параметрами механизма. На положительное зн ние усилий в звеньях решающее значение оказывает ориентация треуг

й пирамиды в пространстве, которая определяется углом поворота ос-вания относительно опорной поверхности.

5. Силовые факторы, действующие на элементы ПТА взаимосвязана эез обобщенный коэффициент упругости агрегата, зависящей от многих казателей агрегата. При условии, когда обобщенный коэффициент упру-:ти больше своего критического значения; агрегат имеет положительные 1кции на опорных элементах при любом значении угла поворота стрелы горизонту. На усилия в элементах соединительного звена существенное 1яние оказывают варианты фиксации опорных элементов агрегата.

6. Расчетные схемы ПТА при определении грузовой устойчивости цественно отличаются от обычных грузоподъемных машин, ввиду нали-* шарнирных связей между отдельными модулями. Зависимость реакций эр и критического угла поворота стрелы можно комплексно оценивать с мощью показателя «п», представляющего собой отношение податливо-г колеса и выносной опоры.

7. Установлено, что при соединении погрузочного манипулятора с :ргетическим модулем посредством шарнирной фермы, обобщенный по-¡атель «п» оказывает влияние на величину критического угла. Дополни-[ьные нагрузки на задние колеса энергетического модуля при критиче->м значении угла поворота стрелы в случае жесткого соединения моду-I значительно выше, чем при податливом, и могут различаться в 1,3...1,6 ¡а. При значении обобщенного показателя «п» в диапазоне 1,6...3,2, кри-юский угол поворота стрелы с грузом практически не изменяется.

8. Особенностью математических моделей типичных схем ПТА, юывающих систему сочлененных твердых тел, взаимодействующих с [ромеханическими звеньями переменной длины, является взаимосвязь шнений, представляющих систему твердых тел, и уравнений модели-ощих гидромеханические звенья осуществляемая через обобщенные ко-данаты. Разработанный вычислительный алгоритм обеспечивает выде-[ие в отдельные модули вычислительные блоки, что позволяет увеличи-ъ диапазон вариантов моделирования агрегатов. Такой подход дает рокие возможности теоретического анализа различных компоновок мощного агрегата.

9. Колебания усилий в элементах ПТА носят многокомпонентный >актер. Высокочастотные колебания в начале разгона вызваны работой [гателя, которые накладываются на низкочастотные колебания, возбуж-мые грузовым моментом. Низкочастотные колебания после окончания юты механизма имеют период колебаний, равный периодам раскачки, за на жестком подвесе. На быстродействие работы погрузочного мани-ятора влияет интенсивная раскачка груза, ограничивающая возмож-ть проведения перегрузочных операций. Расчетным путем установлено,

для исследуемого класса механизмов рациональные скорости переметя груза находится в диапазоне 0,33...0,38 м/с.

10. Определенные в результате экспериментальных исследований ффициенты динамичности для наиболее нагруженных элементов, по-ляют проводить упрощенные практические расчеты на прочность. Ус-

тановлено, что абсолютные значения высокочастотной составляющей, тигают 10% от максимального пикового значения действующего уси что необходимо учитывать в расчетах деталей агрегата на усталосп прочность.

11. Экспериментальным путем установлено, что устойчивость у гоопорного ПТА сохраняется при отрыве одной из опор от контакт поверхности. В случае шарнирного соединения модулей при подъеме г{ наблюдается разгрузка колес энергетического модуля, в среднем 15,7...27,5%. При увеличении скорости подъема в 2 раза динамический эффициент для наиболее нагруженного элемента вырос, в среднем на При скорости подъема груза равной 0,35 м/с вынужденные низкочастот колебания практически отсутствуют.

12. Проведенный анализ расчетных и экспериментальных дан; показывает, что абсолютные значения величин, характер изменения к< баний в сравниваемых процессах достаточно близки и максимальное ] хождение между ними не превышает 12%. Это показывает, что допуще) принятые в теоретических предпосылках не искажают сущности процео разработанные математические модели ПТА достаточно точно описыв реальные объекты.

13. Внедрение погрузочно-транспортных агрегатов в технолог) ские процессы агропромышленного комплекса позволяет снизить затр труда, в среднем, на 34% и получить экономический эффект в расчет! единицу продукции 6021 руб. Подтвержденный экономический эффект рийно выпущенных машин составляет 347400 руб. (в ценах 1991 г.)

Результаты и основное содержание диссертации опубликовано в а

дующих работах:

1. В.М.Герасун. Аналитическое исследование тракторного' пог] чика специальной конструкции //Труды ВСХИ - 1975, т.47, с. 86.

2. В.И.Пындак, В.Л.Строков, В.М.Герасун. Унифицированный ] равлический погрузчик //Степные просторы. - 1976, №7, с. 45.

3. В.М.Герасун, В.И.Пындак, В.Л.Строков. Разработка и эксш ментальное исследование навесного погрузчика с пространст] ным исполнительным механизмом //Тракторы и сельхозмашин 1977, №6, с. 27-28.

4. В.М.Герасун, В.И.Пындак, В.Л.Строков. Гидрокрановая уста1 ка на тракторе//Техника в сельском хозяйстве - 1978, №5, с. 825. В.И.Пындак, В.М.Герасун. Особенности проектирования

торных погрузчиков с пространственным исполнительным М1 низмом //Тракторы и сельхозмашины - 1978, №4, с. 17-19.

6. В.И.Пындак, В.А.Гайворонский, В.М.Герасун. Силовой ана тракторного погрузчика манипуляторного типа //Механизащ электрификация социалистического сельского хозяйства - I1 №4,с. 53-54.

7. Самоходные погрузочные манипуляторы //Проспект ВДНХ. ВСХИ - 1978, /В.М.Герасун, В.И.Пындак, В.Л.Строков, и др/.

8. Навесной манипулятор для транспортно-технологических работ /В.Л.Строков, В.М.Герасун, В.И.Пындак и др.//Гидротехника и мелиорация - 1979, №10, с. 32-34.

9. В.М.Герасун. Исследование нагруженности гидросистемы трактора при навеске погрузочного манипулятора //Труды ВСХИ -

1980, с. 60-63.

10.Самоходный гидроманипулятор /В.Л.Строков, В.И.Пындак, В.М.Герасун, и др.//Сельский механизатор - 1980, №11, с. 18-19.

11.В.М.Герасун, В.И.Пындак. Особенности построения динамических моделей стреловых погрузочных манипуляторов //Тракторы и сельхозмашины -1981, №3, с. 22-24.

12.Д.Д.Мецлер, В.М.Герасун. Навесной манипулятор к трактору типа «Беларусь» и Т-40 //Информ. листок/ Алтайский ЦНТИ -*

1981, №380-81,3 с.

13.Статическая устойчивость тракторных погрузочных манипуляторов/ В.М.Герасун, А.А.Карсаков, В.И.Пындак, и др. //Тракторы и сельхозмашины-1982-№ 7-е. 13-15.

14.Методические указания к расчету и конструированию навесных погрузочных манипуляторов / В.Л.Строков, В.М.Герасун, В.И.Пындак // ВСХИ-1982-38 с.

15.В.М.Герасун. Навесной погрузочный манипулятор НПМ-0,8 // Каталог паспортов « Научно-технические достижения, рекомендуемые для использования в строительстве »- ГОССТРОЙ СССР, М. ,-1983-МЬ 1-е. 83-84.

1 б.Гидроманипулятор для агрегата машинного двора / В.Л.Строков , В.М.Герасун, и др.// Техника в сельском хозяйстве-1984, № 6-с.56-57.

17.В.М.Герасун. Сельскохозяйственные грузы как основа создания навесных грузоподъемных машин // Труды ВСХИ-1984, т.85-с.15- • 25 .

18.В.М.Герасун, А.П.Потемкин. Синтез пространственного механизма с двумя звеньями переменной длины // Труды ВСХИ-1984, т.85-с.34-39.

19.В.Л.Строков, В.М.Герасун, А.Ф.Рогачев. Обоснование параметров погрузочных манипуляторов для транспортно-технологических агрегатов // Основные направления развития механизации погрузочно-разгрузочных работ и создание высокопроизводительных погрузочно-разгрузочных машин, предназначенных для работы с уборочными машинами и линиями послеуборочной обработки сельхозкультур. -М.;ВИСХОМ, 1985-с.ЗО-32.

20.В.М.Герасун, А.П.Потемкин, А.Н.Лысенко. Аналитическое исследование транспортно-технологического агрегата с погрузоч-

ньш манипулятором // Основные направления развития мех а г зации погрузочно-разгрузочных работ и создание высокопро! водительных погрузочно-разгрузочных машин, предназначенн] для работы с уборочными машинами и линиями после уборочн обработки сельхозкультур.- М.; ВИСХОМ, 1985-с. 32-33.

21 .В.Л.Строков, В.М.Герасун, А.Ф.Рогачев. Транспорта технологические агрегаты с погрузочным манипулятором на бг самоходного шасси Т-16М //Основные направления развития л ханизации погрузочно-разгрузочных работ и создание высок производительных погрузо-разгрузочных машин, предназначе ных для работы с уборочными машинами и линиями послеус рочной обработки сельхозкультур-М.; ВИСХОМ, 1985-с. 59-60.

22.В.М.Герасун, А.П.Потемкин. Пути снижения металлоемкости I весных погрузчиков с поворотной стрелой // Тракторы и сельх< машины-1985, № 7,-с. 33-34.

23.Пневмогидравлический привод - энергосберегающее средст грузоподъемных машин для сельскохозяйственного производсл /В.М.Герасун, В.И.Пындак, и др// Труды ВСХИ, - 1985, т. 91, 112-116.

24.В.Н.Герасун, А.Н.Лысенко. Технико-экономическая оцен транспортно-технологических агрегатов с погрузочным обору; ванием на базе энергетического модуля класса 0,6-0,8 //Тракто; и сельхозмашины - 1986, №4, с. 20-23.

25.В.М.Герасун, А.Ф.Рогачев. Электрогидравлическая систе управления пространственными стержневыми структурами Всесоюзная конференция по механике и управлению движени шагающих машин - Волгоград, ВПИ - 1988, с. 20-21.

26.В.М.Герасун. Оптимизация параметров транспорт! технологических агрегатов с погрузочным оборудовани //Совершенствование средств и методов расчета изделий машш строения - Волгоград; Дом техники НТО, - 1988, с. 61-62.

27.В.Л.Строков, В.М.Герасун, А.Ф.Рогачев. Навесной погрузочн манипулятор НПМ - 0,8 М //Проспект ВДНХ, Волгоград, ВСХ1 1986, 2с.

28.Исследование устойчивости погрузочных агрегат /В.М.Герасун, А.П.Потемкин, Ред. ж. Тракторы и сельскохозяй венные машины - М.; 1988, 15с. Деп. В ЦНИИТЭИтракторосе. хозмаш.

29.В.М.Герасун, А.Н.Навознов. Навесной погрузочный манипу. тор (НПМ - 0,8) //Информ. листок /Волгоградский ЦНТИ - 19 №339-89, Зс.

30.В.Л.Строков, В.М.Герасун, А.П.Потемкин. Кинематический р чет гидравлического манипулятора: Методические указа! //Волгоград, ВСХИ - 1989, 20 с.

31.В.М.Герасун, А.П.Потемкин. Устойчивость погрузоч] транспортных агрегатов с манипуляторами. //Всесоюзная науч]

техническая конференция по современным проблемам земледельческой механики: Тезисы докладов - Волгограда - 1989, с. 108-109.

32.В.М.Герасун. Принципы создания погрузочно-транспортных агрегатов на блочно-модульной основе. //Земледельческая механика и программирование урожая; Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции /Волгоград, ВСХИ - 1990, с. 116-117.

33.В.В.Яцкевич, В.М.Герасун, А.Н.Лысенко, разработка системы машин на базе энергетического модуля класса 6 кН //Земледельческая механика и программирование урожая: Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции /Волгоград, ВСХИ - 1990, с. 117.

34.В.М.Герасун, А.Л.Конюшков. Оценка ресурса универсальных сельскохозяйственных погрузчиков //Земледельческая механика и программирование урожая; Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции /Волгоград, ВСХИ - 1990, с. 118.

35.В.М.Герасун, А.Ф.Рогачев. Блочно-модульные погрузочно-транспортные агрегаты //Проблемы развития и совершенствования подьемно-транспортной, складской техники и технологии; Тезисы докладов II - й Всесоюзной научно-технической конференции /Москва; Всесоюзный НИПКИ подъемно-транспортного машиностроения - 1990, с. 193-194.

36.В.М.Герасун, А.Л.Конюшков. Пути повышения технического уровня навесных погрузочных манипуляторов //Проблемы развития и совершенствование подъемно-транспортной, складской техники и технологии; Тезисы докладов П - й Всесоюзной научно-технической конференции /Москва;Всесоюзный НИПКИ подъемно-транспортного машиностроения - 1990, с. 150.

37.В.М.Герасун, С.Ю.Юдин. Эффективность погрузочно-транспортных агрегатов на базе модульных энергетических средств //Тракторы и сельхозмашины - 1990, №1, с. 32-34.

38.В.М.Герасун, В.И.Пындак,А.Ф.Рогачев. Навесной манипулятор Волгоградский //Информ. листок/Волгоградский ЦНТИ - 1997, №230-97, Зс.

Изобретения, защищенные авторскими свидетельствами СССР (в орстве) №№

555046, БИ 1977 г., №15; 40.

574970, БИ 1979 г., №27; 42.

?88753, БИ 1983 г., №2; 44.

1070115, БИ 1984 г.,№4; 46.

1098906, БИ 1984 г., 48. 4923;

1147677, БИ 1985 г., 50. So 12;

1221018, БИ 1986 г., 52.

624873, БИ 1978г. ,№35; 935339, БИ 1982 г., №22; 1025541, БИ 1983 г., №24; 1090593, БИ 1984 г., №17; 1126533, БИ 1984 г., №44;

1207998, БИ 1986 г., №4;

1224195, БИ 1986 г.. №14;

№12;

53. 1235816, №21; БИ 1986 г.. 54. 1240735, БИ 1986 г., №24;

55. 1257606, №34; БИ 1986 г., 56. 1308513, БИ 1987 г., №17;

57. 1326542, №28; БИ 1987 г., 58. 1411191, БИ 1988 г., №27;

59. 1527538, №45; БИ 1989 г., 60. 1585287, БИ 1990 г. ,№30;

61. 1585288, №30; БИ 1990 г., 62. 1645389, БИ 1991 г., №16;

63. 1653948, №21; БИ 1991 г., 64. 1658009, БИ 1991 г., №23;

65. 1668279, №29; БИ 1991 г., 66. 1670440, БИ 1991 г., №30;

67. 1714414, БИ 1992 г., №7; 68. 1728124, БИ 1992 г., №15;

69. 1740307, №22; БИ 1992 Г., 70. 1769051, БИ 1992 г., №38;

71. 1783345, БИ 1992 г., №47 72. 1798469, БИ 1993 г., №8;

73. 1807247, №13; БИ 1993 Г., 74. 1813697, БИ 1993 г., №17;

75. 1827443, №26; БИ 1993 г., 76. 1827444, БИ 1993 г., №26;

77. 1827445, ' №26. БИ 1993 Г.,

. Основные научно-исследовательские работы, выполненные под ководством и при участии автора по теме диссертации:

1 .Исследование технических грузоподъемных устройств //ВСХ1 1978, № гос. per. 75024886, инв № Б-667406,87 с.

2.Разработка и исследование самоходного крана-манипулят< //ВСХИ - 1980, №гос. per. 78060511, инв. №Б-899929,69 с.

3.Исследование и разработка мобильных технических средств с грузочными манипуляторами на базе одноосного колесного энергети ского модуля класса 6...8 кН //ВСХИ - 1984, № гос. per. 01.84.0059958. и №02850054333,73 с.

4.Разработка и исследование транспортно-технологического зв< для перевозки жаток комбайнов на базе полуприцепа ОдАЗ-885 //ВСХ] 1982, № гос. per. 01.83.0076687, инв. №02.83.0071125, 57 с.

5.Изыскание и исследование грузоподъемного устройства для аг гата технического обслуживания //ВСХИ - 1981, № гос. per. 81074309, и №02.82.9034665, 59 с.

6.Исследование и разработка мобильных технических средств i грузочными манипуляторами на базе одноосного колесного энергети ского модуля класса 6...8 кН (заключительный отчет).// ВСХИ - 1986,№г per. 01.84.0059958, инв. №02.85.0054333, 65 с.

7.Модульное энергетическое средство, универсальное колесное 2К2, шфицированное с самоходным шасси тягового класса 0,6...0,8 //ВСХИ -'86, №гос. per. 01.87.0069617, инв. №02.87.0062298, 81 с.

8.0боснование оптимальных параметров погрузочно-транспортных регатов на базе модульных энергетических средств класса 0,6 //ВСХИ -87, № гос. per. 01.87.0057730,'инв. №02.88.0072217,93 с.

9.Доработка конструкции погрузчика ПКГ - Ф - 0,4, навешиваемого трактор Т-30 ТСП с измененной конструкцией кабины и навесной сис-

мы //ВСХИ - 1989, № гос. per. 01.91.0047971, инв №02.91.0046759, 42 с.

10.Стенд для ускоренных испытаний узлов погрузчиков и манипуля-ров грузоподъемностью 3..6 кН //ВСХИ - 1989, №гос. per. 01.87.0040366, в. №02.89.0042360, 52 с.

11.Стендовые испытания погрузчика МПБ - Ф - 0,5 //ВСХИ - 1990, гос. per. 01.91.0047972, инв. №02.91.0046758, 39 с.

12.Исследование нагру'женности передней части трактора ЮМЗ, аг-гататированного с погрузчиком МПБ - Ф - 0,5 //ВСХИ - 1990, №гос. per. 91.0047973, инв. №02.91.0046757, 27 с.

13.Разработка научной концепции повышения эксплуатационной снологичности перспективных гидрофицированных сельхозмашин на зе блочно-модульных энергетических средств //ВСХИ - 1990, №гос. per. 91.047970, инв. №02.91.0046760, 109 с.