CC BY
45
ВЛИЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ЖЕСТКОСТИ ДЕМПФИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ В СИСТЕМЕ - МАНИПУЛЯТОР И СИЛОВОЙ ПРИВОД НА БАЗЕ МЕТАЛЛОВ С ЭФФЕКТОМ ПАМЯТИ ФОРМЫ
Коновалов М.Н., Дроздовский Г.П. (УГТУ, г. Ухта, РФ)
Use of materials with effect of memory of the form in hydrocylinders of systems of a hydrodrive of wood machines and research of influence of rigidity demfer of elements in a drive of the manipulator with electricboster for increase demferous.
В процессе демпфирования затухающих колебаний манипулятора особое влияние оказывает жесткость демпфера. Ранее в [1] рассматривались моделируемые структуры манипулятора с различными демпфирующими элементами (система 1 - жёсткий стержень, имитирующий силовой привод на базе материала с эффектом памяти формы (ЭПФ) и демпфирующий элемент (четвертная рессора); система 2 - гидроцилиндр и резиновый шланг (РВД)).
При анализе системы 1 варьировалась жесткость рессоры cp за счет количества ее листов n (n- 4; 5; 6; 7 листов) при вертикальной нагрузке Рр на консольный конец рессоры (таблица 1).
Таблица 1 - Значения жесткости рессоры cp (кН/м)_
Рр, Н n
4 5 6 7
522,64 47,51 55,01 61,50 74,66
716,11 51,15 57,30 62,30 75,3
909,6 51,97 58,68 64,97 75,8
1103 53,80 59,62 66,84 76,06
По экспериментальным данным таблицы 1 построены зависимости изменения жесткости ср при варьировании количества листов п и вертикальной нагрузки Рр на консольный конец рессоры для системы 1 (рис. 1).
Сравнительный анализ процессов затухания колебаний манипулятора (в проведенном экспериментальном исследовании) по логарифмическому декременту затухания колебаний д} и по критерию К$=—, позволяет определить сте-
§2
пень эффективности гашения колебаний систем 1 и 2. Система 1 эффективней системы 2 при более жесткой рессоре (п> 6), т. е при К§ >1, но менее эффективна при п<5, когда К <1 (рис. 2). Таким образом установлено, что демпфирующий элемент - рессора (система 1) эффективней системы 2 при увеличении жесткости рессоры ср и снижении нагрузки Рр.
Поэтому, для выполнения требуемого условия К >1 необходима управляемая корректировка жесткости пакета рессор, особенно при увеличении нагрузки на манипулятор, т.к. в реальных условиях эксплуатации изменение числа листов рессоры не представляется возможным.
Рисунок 1 - Изменение жесткости рессоры ср =/(п; Рр)
Рисунок 2 - Эффективность гашения колебаний сравниваемых вариантов (с учетом идентичной жесткости)
Предлагается способ изменения жесткости рессоры в процессе работы (система 1) при ограниченном количестве листов. Это возможно при изменении рабочей длины рессоры I за счет введения, регулируемого по выдвижению, жесткого упора в виде электробустера (например МП-100) (рис. 3). Применение электробустера для идентичности управления электроприводом гидроцилиндра с ЭПФ, позволит изменять величину А при его выдвижении, что позволяет варьировать жесткость пакета рессор (изменяется рабочая длина рессоры !А=!-А).
Рисунок 3 - Схема регулировки жесткости рессоры для системы 1 с применением электробустера на скользящей опоре
Жёсткость для четвертной эллиптической рессоры определяется по формуле [2]
24-Е-, Г- (1)
^ рес
13
•4п
где Е - модуль упругости при изгибе, Па;I - момент инерции листа рессоры, м4; п - число листов рессоры;I - длина корневого листа рессоры, м (или рабочая длина рессоры).
По формуле 1 подсчитаны жесткости рессоры от варьировки А для новой рабочей длины /Л и сведены в таблицу 2.
Таблица 2 - Жесткости рессоры ср (кН/м) от варьирования величины А (м)
Л/, м п
4 5 6 7
А/1 =0,19 при Л=0 53,8 59,62 66,84 76,06
А/2=0,18 при Л=0,01 70,0 78,4 85,75 92,4
Л/?=0,17 при Л=0,02 83,09 93,07 101,8 109,7
Л/4=0,16 при Л=0,03 99,66 111,62 122,1 131,55
Например, система корректировки жесткости рессоры при увеличении А на 0,01 м позволяет повысить жесткость ср для п =5 на 31,5 %, а при А на 0,02 м жесткость возрастает на 54,4 % для п = 4, что соответствует требуемому условию К >1.
Система регулирования жесткости рессоры в системе 1 позволит осуществить автоматический режим корректировки жесткости всей упругой структуры манипулятора в зависимости от вылета манипулятора и изменения нагрузки на рабочий орган рукояти. В итоге образуется единая (вместе с гидроцилиндром
на базе материалов с ЭПФ) оптимальная эргономическая система электроуправления манипулятора.
Литература
1. Коновалов М. Н. Экспериментальная установка и методика исследования динамического нагружения манипулятора ТБ-1 с применением силовых элементов на базе материалов с эффектом памяти формы. // Сборник научных трудов по итогам международной научно -технической конференции "Актуальные проблемы лесного комплекса" Выпуск 11:.- Брянск: БГИТА, 2005. - С. 78-82.
2. В.А. Александров. Моделирование технологических процессов лесных машин; Учебник для вузов,- М.:Экология, 1995.-256 с.
