Воскресенье, 11.12.2016, 16:45
Высшее образование
Приветствую Вас Гость | RSS
Поиск по сайту


Главная » Статьи » Техника. Технические науки

РАСШИРЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ГИДРОМАНИПУЛЯЦИОННЫХ СИСТЕМ

В.И.Пындак, доктор технических наук, профессор Н.С.Воробьева, кандидат технических наук, доцент И.А.Несмиянов, кандидат технических наук, доцент, Волгоградский государственный аграрный университет

РАСШИРЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ГИДРОМАНИПУЛЯЦИОННЫХ СИСТЕМ

Гидроманипуляционные системы имеют грузоподъемность 0,5-5,0 т и монтируются на самоходном шасси типа Т-16М и на тракторах класса 1,4 и 5. Подъём (опускание) и разворот на углы до ±80° шарнирно-сочленённой стрелы осуществляется гидроцилиндрами. Манипуляторы имеют широкий спектр действия и предназначены в основном для малоземельных хозяйств.

Ключевые слова: манипуляционная система, трактор, самоходное шасси, пространственный механизм, гидроцилиндр, гидронавеска трактора.

 

В условиях развития малоземельных хозяйств возрастает потребность в простых, легко монтируемых и переналаживаемых средствах механизации различных технологий в сельском хозяйстве. При этом основными транспортно-энергетическими модулями остаются тракторы и самоходные шасси, загрузка которых в малых и специализированных предприятиях будет возрастать.

В современном многоукладном сельском хозяйстве России более половины технологических операций прямо или косвенно связаны с выполнением подъёмно- транспортных и перегрузочных работ. При этом масса большинства грузов сельскохозяйственного назначения не превышает 500 кг. Эпизодически возникает потребность в средствах механизации специфических грузов массой 3-5 тонн.

В связи с этим, логично использование (в малоземельных хозяйствах) транс- портно-энергетических модулей в виде самоходного шасси Т-16М (трактора класса 0,6) на грузоподъемность 0,5 т и мощного трактора класса 5 (типа «Кировец») на грузоподъемность до 5 т. При этом трактор класса 5 может отсутствовать в конкретном (малоземельном) хозяйстве. В ряде хозяйств самоходное шасси не задействовано непосредственно в сельскохозяйственных работах и используется для транспортно- перегрузочных и вспомогательных работ.
Гидроманипуляционные системы, разработкой которых занимаются в ВолГАУ, включают приводные (ведущие) звенья, стреловое (передаточное) оборудование и грузозахватные (рабочие) органы. В наиболее простом варианте (рис. 1, а) приводные и передаточные звенья совмещены и формируют рёбра пространственной структуры в виде неправильной, геометрически изменяющейся, треугольной пирамиды, вершина М которой несёт рабочий орган.


Рисунок 1 - Схемы телескопических манипуляционных систем

Конструктивно «рёбра» пирамиды выполнены в виде гидроцилиндров, опоры А, В, С которых имеют две степени свободы, а вершина М - это особое шарнирное устройство с числом степеней свободы не менее 4-х. В модификациях [1-3 и др.] «пирамида» монтируется на поворотном (посредством дополнительного гидроцилиндра) основании, благодаря чему пространственная структура несёт функции робота с широкой зоной действия и характеризуется объёмной стабильностью (рис. 1, б).

В новейших разработках в качестве приводных (ведущих) звеньев используются шариковые передачи с электроприводом.

Подобные - телескопические - гидроманипуляционные системы являются разновидностью робототехнических устройств. Разработан самоходный манипулятор, в котором поворотное основание монтируется на раме самоходного шасси Т-16М (рис. 2, а). Манипулятор имеет грузоподъемность 0,5 т, не нуждается в выносных опорах, характеризуется маневренностью и способен захватывать и транспортировать малогабаритные грузы, поддоны, контейнеры, узлы сельскохозяйственной техники и т.п.

Гидроманипуляционные системы, в которых ведомым звеном является стрела с рабочим органом на конце, отличаются более широкими функциональными возможностями. К примеру, двухзвенная шарнирно-сочленённая стрела имеет привод от двух гидроцилиндров, которые вместе с коренной секцией стрелы образуют пространственную видоизменяемую структуру (рис. 2, б).

Гидроцилиндры являются опорой и средством для подъёма (опускания) стрелы в вертикальной плоскости и её разворота на углы до ±80° в горизонтальной плоскости. Такой манипулятор посредством выносного основания монтируется на штатной гидронавеске трактора и имеет грузоподъёмность Q до 1 тонны (для тракторов класса 1,4).
 
 
Рисунок 2 - Экспериментальные образцы самоходных гидрофицированных погрузочных манипуляторов
 
Выносное основание с опорами (а вместе с ним и вся манипуляционная система) переводится в рабочее положение посредством штатного гидропривода навески. Масса m навесной части манипулятора не превышает грузоподъёмность (m < Q). Агрегат сохраняет возможность транспортировки тракторных прицепов и обеспечивает механизацию широкого спектра рассредоточенных и вспомогательных транспортно- перегрузочных работ.

Оборудование манипулятора с шарнирно-сочленённой стрелой грузоподъемностью до 0,63 т монтируется на раме самоходного шасси Т-16М (рис. 2, в). Здесь пространственное движение стрелы осуществляется гидроцилиндрами и шарнирно- стержневой структурой. Манипулятор предназначен для работы со штучными сельскохозяйственными грузами.

Мощный гидроманипулятор грузоподъёмностью 5 тонн с трёхзвенной шарнир- но-сочленённой грузозахватной стрелой монтируется на гидронавеске трактора класса 5 («Кировец») посредством выносного основания (усилена верхняя тяга навески, рис. 2, г). Угол поворота стрелы составляет ±50°. Для снижения динамичности и энергоёмкости агрегата разработан вариант гидропривода с пневмогидроаккумуляторами [6].

Манипулятор предназначается для механизации рассредоточенных монтажно- технологических работ, в том числе внутри производственных помещений. Агрегат сохраняет возможность буксировки мощных тракторных прицепов. При ненадобности навесное оборудование легко демонтируется.

В варианте, показанном на рисунке 2, д, манипулятор монтируется на самоходном шасси Т- 16М и является принадлежностью агрегата машинного двора - при наличии в хозяйстве определённого количества тракторов и сельскохозяйственной техники. Манипуляционное оборудование закреплено за кабиной шасси и снабжено выносными опорами. В кузове - впереди кабины - размещается монтажно-технологическое, сварочное и иное оборудование.

Особенностью кинематики трёхстержневых пространственных механизмов (с двумя или тремя звеньями переменной длины) является возможность их попадания в мертвое положение - при неудачно выбранных размерах [5]. В обобщённой системе координат ОХ]Х2Х3 связь между размерами и координатами пространственной структуры записывается в виде:

где Xi - искомые координаты, находящиеся на вершине треугольной «пирамиды»; ау - i-ая координата i-ой точки крепления звеньев на основании; li - расстояние от вершины до указанных точек; i = i = 1, 2, 3.

Если, например, длины гидроцилиндров ВМ и СМ (рис. 1, а)

lmin = l0; lmax = l0 + S,

где S - ход штока, то при определённых сочетаниях координат все звенья располагаются на одной плоскости - механизм попадает в мёртвое положение.

Для стабильной работы манипуляционной системы размеры пространственных механизмов должны быть подобраны таким образом, чтобы при любых значениях lmin и lmax мёртвое положение не наступало [4, 5]. Гидроманипуляционные системы на базе пространственных механизмов характеризуются также энергоэффективностью [7] и имеют перспективу в малоземельных хозяйствах.

Библиографический список

1. Дяшкин-Титов В.В. Разработка методов расчёта манипулятора-трипода на поворотном основании: автореф. дис. .канд. техн. наук [Текст]/ В.В. Дяшкин-Титов. - Волгоград, 2014. - 20 с.
2. К определению зоны обслуживания мобильного манипулятора-трипода [Текст]/ В.М. Герасун, И А. Несмиянов, Н.С. Воробьева [и др.] // Машиностроение и инженерное образование. - 2013. - № 3. - С. 2-8.
3. Манипуляторы для мобильных роботов. Концепции и принципы проектирования [Текст]/ В.М. Герасун, В.И. Пындак, И.А. Несмиянов [и др.] // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. - 2012. - № 44. - 24 с.
4. Пындак, В.И. Динамика гидрофицированных манипуляционных систем сельскохозяйственного назначения [Текст]/ В.И. Пындак // Известия Нижневолжского агроуниверситет- ского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2011. - № 3. - С. 192-197.
5. Пындак, В.И. Алгоритм кинематического и силового анализа шарнирно-стержневых манипуляторов [Текст]/ В.И. Пындак, Н.В. Кривельская, И.А. Ляпкосова // Справочник. Инженерный журнал. - 2010. - № 4. - С. 31-34.
6. Пындак, В.И. Повышение эффективности навесных гидроманипуляторов [Текст]/ В.И. Пындак, С.С. Муха // Тракторы и сельхозмашины. - 2003. - № 8. - С. 36-38.
7. Pyndak, V.I. Energy Efficiency of Mechanisms and Instruments for Deep Cultivation of Soil / V.I. Pyndak, A.E. Novikov // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. - 2014. - Vol.43, No.6. - pp. 532-536.
 

Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование № 3 (39), 2015

Категория: Техника. Технические науки | Добавил: x5443x (31.03.2016)
Просмотров: 85 | Теги: трактор, самоходное шасси | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
...




Copyright MyCorp © 2016