Экспериментальное исследование динамических параметров оригинальной части шестикоординатного манипулятора Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 62101 П. Д. БАЛАКИН

А. Х. ШАМУТДИНОВ Д. С. ЗВЕЗДИН

Омский государственный технический университет Омский автобронетанковый инженерный институт

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОРИГИНАЛЬНОЙ ЧАСТИ ШЕСТИКООРДИНАТНОГО МАНИПУЛЯТОРА

В данной статье экспериментально исследованы динамические параметры оригинальной части шестикоординатного манипулятора (ОЧШМ): диапазоны собственных частот, резонансных частот и декременты затухания колебаний исследуемого макета с целью применения его эксплуатационных свойств в технологическом оборудовании.

Кючевые слова: макет оригинальной части манипулятора, виброанализатор «Диана 2М», вибродатчик, временная реализация свободных колебаний, логарифмический декремент затухания колебаний.

Установка состояла из оригинальной части шестикоординатного манипулятора (ОЧШМ — 1, 2, 3) [1—3], основания 4, двигателя 5 с эксцентриком 7, вольтметра 8 и виброанализатора «Диана-2М» 9 с вибродатчиком 6 (рис. 1). Для устойчивости ОЧМ была закреплена на основании 4 четырьмя болтами. Таким образом, исключались сдвиги и наклоны ОЧШМ под действием сил его тяжести и возбуждающей силы, возникающей при вращении эксцентрика. Для определения собствен-

ных частот ОЧШМ использовался способ мгновенного приложения нагрузки, когда колебания возбуждались ударом. При помощи эксцентрикового возбудителя колебаний 7, задающего гармонические вынужденные колебания в переходном режиме (при пуске — остановке), частота изменялась в широком диапазоне путем изменения напряжения, контролируемого вольтметром 5, что позволяло определить, в том числе, значения резонансных частот.

1 2

3

4

5

6 7

а б

Рис. 2. Колебания в плоскости YOZ. ОЧШМ при минимальнойдлине:адатчикнаРС; б датчик на ОПУ

Позиции на рис. 1: 1 — рабочий стол ОЧШМ; 2 — опорно-поворотное устройство ОЧШМ; 3 — наклонная платформа ОЧШМ; 4 — основание; 5 — эл/ двигатель; 6 — вибродатчик; 7 — эксцентрик; 8 — вольтметр; 9 — виброанализатор «Диана-2М».

Для получения полной картины поведения ОЧШМ под нагрузкой было рассмотрено два этапа исследований:

I этап: колебания производились в плоскости ХОУ (рис. 1),

II этап: колебания производились в плоскости УО2 (рис. 2).

В каждом этапе исследуемых положений ОЧШМ было два:

1) ОЧШМ при минимальной длине стержней;

2) ОЧШМ при максимальной длине стержней.

В каждом из этих положений вначале создавалась ударная нагрузка на рабочий стол (РС) и опорно-поворотное устройство (ОПУ) ОЧШМ и, с помощью виброанализатора «Диана-2М», снимались, показания (графики) временной реализации колебаний, частотный спектр и амплитудно-частотной характеристики собственных колебаний. Анализ временных реализаций позволил определить период и частоту собственных колебаний ОЧШМ различных конфигураций.

Позиции на рис. 2: 1 — эл/двигатель; 2 —рабочий стол ОЧШМ; 3 — вибродатчик; 4 — опорно-поворотное устройство ОЧШМ; 5 — наклонная плат-формаОЧШМ ; 6 — вольтметр; 7 — виброаэализа-тор«Диана-2М»;8 — эксцентрик.

Нааис.З, 4 претктавлены графиаеа ообктвенных Оолтбсний ОПУ ОЧШМ.

Диссипация энергии при колебаниях оценивается логарифмичаскимдекремеэтемзатураноя. 3 на-чениеллоарифмическога деаеремеклазатухания оев ьеСаний найдём, знализируя експеримьнствьэые даннеге, ао фсфмрле:

где т — количество периядов колебаний между амплитудами начального А0 и конечного колебаний

АЛ4]-

Из рис. 3а, б и рис. 4а, б для РС, по формуле (1), находим:

. 1 . 3563,2 1 139,048

X = д • 1п-~ 0,87 р X = -с • 1п-и 0,78 . (2)

™ 2 628,01 тах 5 2,856

Аналогично из рис. 5а, б и рис. 6а, б для ОПУ:

1 , 3814,95

к - = аа • ¡П -

3 59,8906

1,ЗГ и ^ = 4 • 1,п073ЧЛ « 1,12 (3)

0 090,90

Х = 1 • 1п А к Л„

(1)

Извыражений(2)и(3)видно,что системапо(З) обладаетбольшейдиссипацией,т.е.жесткостьОПУ вышежесткостиРС.

На рис. 5, 6 представлены графикивынужден-ныхколебаний ОПУ ОЧШМ.

Из рис. 7 на частотном спектревиднычастоты свободных колебаний ОПУ для положения наибольшей жесткости ОЧМ: к1 =100 Гц, к2 = 213 Гц, к3 = 480 Гц, к4 = 800 Гц, к5 = 946 Гц, из которых максимальный пик поамплитуде при кшах = = 800 Гц.

Выводы.

1. Опорно-поворотное устройство обладает большей диссипацией энергии колебаний по сравнению срабочим столом ОЧШМ, а значит, основу жесткости ОЧШМ составляет — ОПУ.

2. Определен диапазон изменения собственных частот: к = 129 — 800 Гц, резонансных частот: / = 34 — 86 Гц и декременты затухания колебаний опытного образца: X . = 0,78 — 0,87 и X = 1,12 —

^ 1 шш тах

— 1,38, что позволяет применить эксплуатационные возможности оборудования в конкретных условиях машиностроительного производства, в частности, — в металлорежущих станках и манипуляционных системах роботов.

11944.1 11200 10400 ________:________;________;________ ________:________

________ ________ 1 ________^________\________|________ ________ ________ ________;________|________|________ ________1_______

________ _____1.11_____ ________ ! ________:________;________;________ ________ ________ ________\________;________;________ ________1_______

........ ........ : ........ ........ :::

..... ........ ........ .................]........;........ ........1........;........;........|........г.......

..... ........ ................ !

........ ........ ________________|________!________ ........ ________]________!________!________;________и.....

........!........ ........:........!........;........ ________!________1________1________1________!________

________ ........ ________ /_____2______V ........ ________ ________1.________ ________ ________ ----------------;--------;-------- ........ ________2________:________:________ --------!■--------!-------

! 1 1 1 ; ;

^ / 2

1 ^ 1 """" / 1 ! ! :

"Т" Т "У" / : \ ""1 ; Г" 7 Г"

1 4Т / \ 44444444

..д... _______I_______]________ 1....... ........|.Л... .....Т ________________;..Х.. ________ ' * ............. ________1____

........ ........

......"Г .......1........ "1...... ........г/...... / : ..... :::

т ""'/"} ] Г" """"" ; Г""" """"Г"" ....

и! \ ! "Г" /

.....А..... .......]________ .....Л________ АХ________|________!________ ________ ________]________!________|________ ________[.......

-4000 А- ... _______:________ ...I... ________ ________:________:________;________ ________ ________ ________:________{________{________ ________[_______

Д / . _______2________ ____1-.. .. / Д________ --------1--------\--------1-------- ________2________:________:________ --------1-—

п 1 / г 1 ; ;

-7200 ........ .......1........ .....н "!.....;........ ........1........:........;........ ........ ........;........;........;........ ........;.......

""1 1 Г"" ; Г" .................'........'........ - — ;- — ■

-ВООО ......... • г

9в1 ........ ................ ........ .................;................. ........ ........ ................................... ................

-10400 ........-........1........|........ --------1--------1--------1-------- ........ ........\........;........;........ ........-....... --------\—

........ ................ ........ ........

-11944 1 ! 2 | |

0 14 0.21 0.2В 0.35 0.42 0. 9 0.5В 0.63 0.7 0.77 0.В4 0.91 0.98 1.05 1.12 1.19 1.2В 1.33 1 147 16

а

11944.1 ........ ........ ........2........ ........ ........

........ ........ ........Г.......

' ! \ : ; ........Г.......

........ """ТП..... ........ ........!........!........|........ ! ;

-4-1-1- 1 1 ________|________|________

________ ________ ; ; ; - _____ _____ ____ ________ ________:________:________ ••••{—

11 \ \ X ; 1 ; ;

: : : "1 | |

........ Т"1.....г ........ "4........;........Г"' ; ........ ;

14X41 44444444444У : :

1.....]......1 "4......44.....Г" ________]________ ................. ________;________ .......................... ........;........;........

........ I..............1 ........ ________:_____.•'"" '• ________ ........ ________ ........ ........;........;........ ................

........ ""ту"V""]"""' ........2---/- ■4- ..... ... ........ ................ ........2.......

800 .......1........ ........ ........ 1 Т т Г

1 / V: \ \ \ --- __!

Г""" к \ ; ;

-1 600 44X44 л44 444/44Г44Г44 / I

_______^________ ________1_______;________Х-- ..../..]________;________!________ ________ ________ ..]________!________!________ ________1_______

.....[.. .......\........ ../....2..... ..... ..... ........ ........ ..... ..... ;

-1" .....Г" ... ........ -у- """!..... ""!.....

..... 7 Г' ..... ....

тг~ .......... """Г" У ^ ^ """;..... ;

..у.... 4"Г "1""\........!........Г"' "1........!........Г" .....Г""

.......4 .....4 ..4 .....;.. ...;..... ..;..... .1.

........ ________ _______.1. ..... ..... .....А. ""4" ""4" ........ .............. ________ ..... ..... ... ... .... .. ________[_______

________

1 """" ! ! \ 1 | "1 I I г

"""] ! X" ; "1 ! Г"

44;; 44444 44" 4"444444"4444 ........:..... .4. .....1.. ..... 4У4 ...;..... ..;..... .4.

-11944 ! :

.2,01^ 4 0.21 0.20 0 35 0.42 0.48 0.56 0 3 0 7 0.77 0.84 0.91 0 0 1.05 1. 2 1 19 1.26 1.33 1 1 47 1.6

б

Рис. 3. а и б — временная реализация свободных колебаний РС при минимальной длине стержней ОЧШМ

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (133) 2014

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

Рис. 5. а и б — временная реализация свободных колебаний ОПУ при минимальной длине стержней ОЧШМ

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (133) 2014

i i --- --- i |Í i i ;

i : i :

i i i i i i i ...;...;...j...;... \ i

i i i i i i ; i i i ; ; j ; i i !

i i i i i i ; ! i

• i : : i i : : : : i i i / : :

i Г i r i i -

i i \ \ : : : i S s 3 *

i i \ ) i

i : i : i

i i i i ..J..J..J... i i/: ..J..ÍÍJ...;... i i ....i....:...

i i ...J... i i 4. •• . i i -.1-1-

i i d

ü

i i i

: : :

: i : f- : i o S s

i i i i i

i i i i i i

j

i i

i i — i—!—! — : i —-i—-i—-i—

i ...J...J... i ...J...J...J... -Î

i --;---i — ... - - --- ... —i- И: i ! ! i i -- ________ --Л---- ---

H! i I i s i П ¡ ¡ ¡ i = i ! -2400 -3200 -5600 -6400 -7200 \l ¡¡ f

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

Библиографический список

1. Балакин, П. Д. Схемное решение механизма пространственного манипулятора / П. Д. Балакин, А. Х. Шамут-динов // Омский научный вестник. —2012. — № 2 (110). — С. 65-69.

2. Балакин, П. Д. Исследование жесткости пространственного механизма / П. Д. Балакин, А. Х. Шамутдинов // Омский научный вестник. — 2012. — №3 (113). — С. 44-48.

3. Пат. 120599 РФ, МПК В25Л/00. Пространственный механизм / Балакин П. Д., Шамутдинов А. Х. ; заявитель и патентообладатель. — № 2011153160/02 ; заявл. 26.02.2011 ; опубл. 27.09.2012, Бюл. №27. — 1 с. : ил.

4. Тимошенко, С. П. Колебания в инженерном деле / С. П. Тимошенко. — М. : Наука, 1967. — 444 с.

Книжная полка

БАЛАКИН Павел Дмитриевич, доктор технических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой «Теория механизмов и машин» Омского государственного технического университета, член-корреспондент Академии высшей школы. ШАМУТДИНОВ Айдар Харисович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Техническая механика» Омского автобронетанкового инженерного института (ОАБТИИ).

ЗВЕЗДИН Дмитрий Сергеевич, кандидат технических наук, доцент (Россия), заведующий кафедрой «Техническая механика» ОАБТИИ. Адрес для переписки: [email protected]

Статья поступила в редакцию 05.03.2014 г. © П. Д. Балакин, А. Х. Шамутдинов, Д. С. Звездин

620.1/Г83

Григоревский, Б. В. Химическое сопротивление материалов и защита оборудования : учеб. электрон. изд. локального распространения : учеб. пособие / Б. В. Григоревский, Д. А. Негров. — Омск : ОмГТУ, 2013. — 1 o=эл. опт. диск (CD-ROM).

В учебном пособии рассматривается химическая (газовая), электрохимическая коррозия, а также защита металлов от коррозии в условиях промышленного производства. Приведены указания к выполнению лабораторных работ по влиянию температур на скорость коррозии. Для студентов технических университетов.

622/С65

Сорокин, В. Н. Рабочие процессы, конструкция и основы расчета элементов транспортных. технологических машин и оборудования : учеб. текстовое электрон. изд. локального распространения : учеб. пособие / В. Н. Сорокин. — Омск : ОмГТУ, 2013. — 1 o=эл. опт. диск (CD-ROM).

Изложены основные сведения, необходимые для организации работы транспортных, технологических машин и оборудования при разработке и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений. Учебное пособие предназначено студентам специальности 190600.62 «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования в нефтегазодобыче», аспирантам, а также инженерно-техническим работникам.