Проектирование транспортных и технологических машин

Размещено на http://www.allbest.ru/

Направления 190600 «Эксплуатация наземного транспорта и транспортного оборудования» и 150400 «Технологические машины и оборудование»

Специальности 190603 «Сервис транспортных и технологических машин оборудования» и 150405 «Машины и оборудование лесного комплекса»

Дисциплина «Проектирование транспортных и технологических машин»



Введение

проектирование машина гидроцилиндр манипулятор

Методические указания предназначены для выполнения курсового проекта по дисциплине « Проектирование транспортных и технологических машин» для студентов специальностей 190603 и 150405 дневной и заочной форм обучения. Указания могут быть использованы также для выполнения дипломного проектирования. В настоящих методических указаниях рассматриваются вопросы проектирования технологического оборудования трелёвочных машин (ТМ), однако предлагаемая методика с учётом специфических особенностей может быть использована для проектирования технологического оборудования транспортных и технологических машин различного назначения.

Расчётно-пояснительная записка (РПЗ) курсового проекта должна содержать 15-20 листов формата А4 рукописного текста. В РПЗ включаются следующие материалы и разделы:

· титульный лист;

· задание на проектирование;

· оглавление;

· введение;

· расчётная часть;

· список использованной литературы;

Графическая часть курсового проекта должна состоять из трёх листов формата А1. Оформление работы осуществляется в соответствии с требованиями ЕСКД.



1. Проектирование шарнирно-сочленённого гидроманипулятора трелёвочной машины

1.1 Разработка компоновочно-кинематической схемы шарнирно-сочленённого гидроманипулятора.

Компоновочно-кинематическая схема (ККС) манипулятора чертится на листе ватмана или на миллиметровой бумаге формата А1 или А2. При разработке ККС прочерчивается положение подвижных звеньев манипулятора для трёх случаев (рисунок 1.1):

а) максимальный вылет манипулятора L^max_M . При этом рабочий орган, например, захват ТМ должен располагаться на ККС в исходном положении ниже линии поверхности земли на расстоянии h (см. рисунок 1.1) для того, чтобы была обеспечена работоспособность машины с учётом неровностей поверхностей лесосеки;



Рисунок 1.1 ККС манипулятора

б) минимальный вылет манипулятора L^min_M , при котором осуществляется подтягивание или подъём с земли груза при расположении последнего рядом с движителем машины ниже уровня поверхности земли на расстоянии h ; построение ККС манипулятора для L^min_M выполняется при расположении вертикальной продольной плоскости манипулятора перпендикулярно продольной плоскости машины (см. рисунок 1.1, А);

в) вылет l_к , при котором груз (дерево) оказывается перемещённым в положение над кониковым зажимным устройством (см. рисунок 1.1, Б).

Исходные данные приведёны в таблице 1.1. Номер варианта принимается по последней цифре зачетной книжки.

Таблица 1.1 Исходные данные

Проектные параметры	Номер варианта
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
РZ, Н LmaxM, м LminM, м MП, Н*м lП, м lКОН, м м=lc/lр lК, м hК, м h3, м hЕ, м lЕ, м Н/, м h, м с/, м с, м d, м Q, м3 VХЛ, м3 PН, Па	11*103 3,5 1,7 20*103 0,2 0,9 1,1 1,5 1,2 0,7 0,3 0,2 2,3 0,5 0,4 0,6 0,3 3 0,2 107	12*103 4 1,8 22*103 0,2 0,95 1,2 1,6 1,6 0,7 0,3 0,2 2,4 0,5 0,4 0,6 0,3 4 0,24 107	13*103 4,5 1,9 24*103 0,25 1,0 1,25 1,7 1,3 0,8 0,4 0,3 2,5 0,5 0,5 0,7 0,35 4,5 0,3 107	14*103 5 2,0 26*103 0,25 1,1 1,3 1,8 1,3 0,8 0,4 0,4 2,6 0,6 0,6 0,8 0,4 5 0,35 107	15*103 5,5 2,1 28*103 0,25 1,2 1,35 1,9 1,4 0,9 0,5 0,4 2,7 0,6 0,6 0,8 0,4 6 0,4 107	16*103 6 2,2 30*103 0,25 1,35 1,3 2,0 1,4 1,0 0,5 0,5 2,8 0,6 0,7 0,9 0,4 8 0,45 107	17*103 6,5 2,3 35*103 0,3 1,4 1,2 2,1 1,5 1,2 0,6 0,5 2,9 0,7 0,7 0,9 0,4 10 0,5 107	18*103 7 2,4 40*103 0,3 1,5 1,4 2,2 1,5 1,3 0,6 0,5 3,1 0,7 0,8 1,0 0,45 12 0,6 107	19*103 7,5 2,5 45*103 0,35 1,6 1,25 2,3 1,6 1,3 0,7 0,6 3,3 0,8 0,9 1,1 0,5 16 0,8 107	20*103 8 2,6 50*103 0,4 1,75 1,3 2,5 1,8 1,5 0,8 0,8 3,5 1,0 1,0 1,3 0,6 20 1,0 107

Примечание: P_Z - грузоподъемная сила манипулятора на максимальном вылете; M_П - максимальный момент поворота манипулятора вокруг центральной оси поворотной колонки; l_П - плечо действия усилия гидроцилиндра поворота манипулятора; Q - объём трелюемой пачки; V_ХЛ - средний объём хлыста в пачке; P_Н - максимальное давление в гидросистеме. Остальные геометрические параметры понятны из рисунка 1.1.

Масштаб построения ККС манипулятора выбирается таким образом, чтобы ККС не давала существенных погрешностей при снятии с неё геометрических размеров, используемых в расчётах. На листе ватмана или миллиметровки вначале прочерчивается горизонтальная линия уровня земли с учётом того, что точка N в положении захвата над коником (см. рисунок 1.1, Б) будет находиться примерно на расстоянии 2Н^/ от уровня земли. На проекциях ККС «вид сбоку» (рисунок 1.1, Б) и «вид сзади» (рисунок 1.1, A) наносятся вертикальные линии продольной оси поворотной колонки. На них откладывается точка D на расстоянии Н^/ от уровня земли. Затем строится точка О в трёх положениях. Положение точки О на максимальном и минимальном вылетах легко находится по данным таблицы 1.1 Для построения положения точки О над коником требуется нанести на ККС по данным таблицы 1.1 положение точки К коника и определить расстояние h_П точки О от поверхности земли.

Из рисунка I.I, Б

h_П=h_К+h₃+h_ГП

Размеры h_К и h₃ даны в таблице 1.1, а размер h_ГП студент получает из построения габарита пачки по высоте (рисунок 1.1, C), выполняемого в масштабе. Для этого из рисунка 1.2 необходимо найти средний диаметр заданного дерева на уровне груди D_1,3 по среднему объёму хлыста V_ХЛ.

Затем находится количество деревьев в пачке



Такое количество средних деревьев укладывается в круглое или овальное ложе, образуемое опорной балкой и зажимными рычагами коникового зажимного устройства, вплотную ствол к стволу. Так как схема выполняется в масштабе, то с неё снимается искомый размер h_ГП, как показано на рисунке 1.1, С. В результате находится и размер h_П, по которому строится точка О в положении захвата над коником.

Рисунок 1.2 Зависимость объема хлыста от диаметра на уровне груди(2 разряд высот)

Дальнейшее построение ККС сводится к вычерчиванию осевых линий стрелы и рукояти, продольные размеры которых l_С и l_Р находятся по следующим формулам [I]



Местоположение шарнира А соединения рукояти со стрелой для трёх кинематических положений манипулятора находится на ККС на пересечении дуг, описанных радиусом l_C из соответствующих точек D, и радиусом из соответствующих точек О. Размер АВ^/ выбирается конструктивно с учётом примерной величины кронштейна проушин шарнира А на рукояти. Соединив точки D и А прямой, получим кинематические положения стрелы для трёх рассматриваемых случаев. Кинематические положения рукояти получаются путём проведения из точек О касательных к окружностям, описанным радиусом АВ' вокруг точек А. Длина хвостовика B^/N принимается конструктивно в процессе привязки привода рукояти.

Следующим шагом построения ККС является привязка (компоновка) гидроцилиндров привода стрелы и рукояти. Схему привязки гидроцилиндров приводов целесообразно выполнять отдельно от основной ККС, но тоже обязательно в масштабе (см. рисунок 1.1, Д). Для этого вычерчиваются следующие кинематические положения:

· стрелы при положении захвата над коником и при ;

· рукояти при и при минимальном угле поворота рукояти относительно осевой линии стрелы (ц_min), который замеряется на основной ККС.

Рассмотрим сначала компоновку гидроцилиндра привода стрелы. Одной своей проушиной гидроцилиндр должен шарнирно соединяться со стрелой, другой - с корпусом поворотной колонки. Чтобы привязка гидроцилиндра считалась удовлетворительной, она должна отвечать следующим требованиям: проушина шарнирной связи гидроцилиндра с поворотной колонкой (точка Е^/ на рисунке 1.1) должна размещаться в заданной зоне безопасности гидроцилиндра, не выходя за её границы (эта зона на рисунке 1.1, Д заштрихована в клетку); присоединённый к стреле и поворотной колонке гидроцилиндр должен полным ходом штока обеспечить перевод стрелы в её крайние положения; для всех положений стрелы должно существовать плечо между продольной осью гидроцилиндра привода стрелы и точкой D.

Вначале прикидочно находятся предельные значения возможных диаметров гидроцилиндров стрелы (из уравнения равновесия манипулятора без учёта сил тяжести при ):

где - соответственно максимальный и минимальный возможные диаметры гидроцилиндров стрелы;

k - коэффициент, показывающий, какая часть веса дерева (пачки деревьев) приходится на захват, k=0,5;

- максимальное и минимальное расстояние от точки D до продольной оси привязываемого гидроцилиндра привода стрелы.

Плечи приближённо определяются путём замера на ККС расстояния от точки D до ближайшей и самой удалённой точек заданной зоны безопасности гидроцилиндра стрелы. Затем из каталога объёмных гидроприводов ([2] или приложение) для одного гидроцилиндра, произвольно выбранного из совокупности гидроцилиндров с диаметрами поршня от , берётся его длина при полностью вдвинутом штоке (см. приложение), и при полностью выдвинутом штоке . Имея эти данные студент приступает непосредственно к привязке гидроцилиндра привода стрелы. Для этого вначале на стреле в её двух крайних положениях произвольно наносится точка Q предполагаемого положения шарнира связи стрелы и гидроцилиндра её привода. Из точки Q в положении манипулятора над коником проводится в зоне безопасности дуга радиусом L^/_Ц. Если точка пересечения этих дуг (точка Е^/) окажется расположенной в зоне безопасности, то задача привязки гидроцилиндра привода стрелы считается выполненной. Если же точка Е^/ оказалась вне заданной зоны безопасности, то построение продолжают при изменённом расстоянии DQ или при другой, вновь взятой из каталога, длине L_Ц и соответствующей ей длине L^/_Ц до тех пор, пока точка Е^/ не окажется в зоне безопасности.

Процедура компоновки гидроцилиндра рукояти следующая. Вначале прикидочно определяется возможный диаметр гидроцилиндра рукояти (из уравнения её равновесия без учёта сил тяжести при ).

,

где l_OA - расстояние по горизонтали между точками О и А (см. рисунок 1.1, Д);

h_P - кратчайшее расстояние между возможным направлением оси гидроцилиндра рукояти (берётся на ККС предварительно параллельным осевой линии стрелы) и точкой А (см. рисунок 1.1, Д);

- отношение диаметра штока к диаметру поршня гидроцилиндра, для м; для м.

По полученному D_P из приложения предварительно выбираются размеры гидроцилиндра рукояти и . Затем из точки N на рукояти (см. рисунок 1.1, Д) в её крайнем положении при проводится дуга радиусом , а из точки N в положении рукояти при проводится дуга радиусом . Точка пересечения этих дуг и является искомой точкой В на стреле. После привязки гидроцилиндров на схеме Д они схематично, но в масштабе, изображаются на основной ККС.

При выполнении лабораторно-практических занятий студенту выдаётся готовая компоновочно-кинематическая схема (ККС) манипулятора и задаются следующие исходные данные для дальнейших расчётов по вариантам из таблицы 1.1:

· грузоподъемная сила манипулятора на максимальном вылете- P_Z;

· максимальный момент поворота манипулятора вокруг оси поворотной колонки - M_П ;

· плечо действия усилия гидроцилиндра поворота манипулятора - l_П ;

· максимальное давление в гидросистеме - Р_Н .

1.2 Расчёт и выбор приводов шарнирно-сочленённых гидроманипуляторов

Начертим расчётную схему манипулятора и приложим к нему все внешние силы и моменты, гидроцилиндры подъёма стрелы, рукояти и механизма поворота заменим реакциями связи (рисунок 1.3).

Условно обозначены:

Р_С, Р_Р, Р_П - соответственно, усилия гидроцилиндров подъёма стрелы, привода рукояти и поворота манипулятора, Н ;

G_C, G_P, G₃ - соответственно, силы тяжести стрелы, рукояти и рабочего органа, в данном случае захвата, Н ; Со стороны дерева на манипулятор (захват) действуют реакции Р_Х и Р_Z в продольной плоскости, Р_Y^_ в поперечной плоскости ,и реактивный момент М_Р .



Для удобства перенесём силу Р_Х в т.О. При переносе появляется момент , направленный в противоположную сторону моменту М_Р . Следовательно эти моменты уравновесят друг друга и их со схемы можно убрать.

Расчёт усилий привода стрелы производится из условия обеспечения максимальной грузоподъёмности манипулятора на максимальном вылете ().

Рисунок 1.3 Расчетная схема манипулятора

Для этого расчётного случая Р_Х=0 , т.к. манипулятор осуществляет только подъём груза без его подтаскивания.

Рассмотрим равновесие манипулятора в вертикальной продольной плоскости.



Отсюда

Силы тяжести стрелы и рукояти обычно прикладывают на расстоянии 1/3 их длины от оси вращения. Их значения определяются по эмпирическим формулам [I]

Размеры снимаются с ККС манипулятора при .

Усилие Р_С создаётся силами давления рабочей жидкости на поршень гидроцилиндра стрелы, т. е.

Отсюда диаметр гидроцилиндра привода стрелы



где f_П - коэффициент сопротивления движению волочащейся части пачки, f_П=0,8-1,0.

Рассмотрим равновесие рукояти при (см. рисунок 1.4).

Отсюда

Усилие Р_Р создаётся силами давления рабочей жидкости на поршень гидроцилиндра рукояти

Рисунок 1.4 Расчетная схема рукояти



Тогда диаметр поршня гидроцилиндра привода рукояти

Усилие гидроцилиндра механизма поворота

Диаметр поршня гидроцилиндра механизма поворота

Ход штоков гидроцилиндров находят из компоновочно-кинематической схемы манипулятора. По найденным параметрам из каталогов окончательно выбираются соответствующие гидроцилиндры.

1.3 Расчёт на прочность рукояти манипулятора

Расчёт рукояти манипулятора производится для случая подтягивания дерева с одновременным поворотом манипулятора на минимальном вылете. Расчёт сводится к построению эпюр изгибающих моментов в вертикальной продольной и поперечной плоскостях, крутящего момента, сжимающих или растягивающих сил и определению по допускаемым напряжениям размеров наиболее характерных сечений рукояти.

Для построения эпюр рукоять в масштабе располагают в горизонтальном положении и прикладывают все силы (рисунок 1.5), которые затем разлагают вдоль осевой линии и по нормали к ней. Углы наклона сил берутся из ККС манипулятора при (см. рисунок 1.4).

Рисунок 1.5 Схема нагружения рукояти в продольной вертикальной плоскости

Для построения эпюры изгибающих моментов в продольной вертикальной плоскости (М₁) находятся её ординаты.

В сечении 0 :

М₁=0

В сечении С_Р :

,

где К_Д - коэффициент, учитывающий динамические нагрузки, К_Д=1,5.

В сечении А :



В сечении N :

М₁=0

Для построения эпюры растягивающих или сжимающих сил определяются её ординаты.

На участке ОС_Р растягивающая сила

На участке С_РА растягивающая сила

На участке NA растягивающая сила

Для построения эпюры изгибающих моментов в поперечной плоскости (М₂) необходимо определить реакцию P_Y. Для этого рассмотрим равновесие манипулятора в горизонтальной плоскости (см. рисунок 1.5).

Отсюда



Ординаты эпюры M₂ (см. рисунок 1.4)

В сечении 0 :

В сечении А :

Участок ОА рукояти испытывает так же кручение по всей длине от силы P_Y (см. рисунок 1.4).

Из построенных эпюр определяются наиболее нагруженные сечения. Сечение рукояти может иметь различную конфигурацию. Примем расчётное сечение в виде прямоугольной коробчатой формы, симметричное относительно нейтральных осей xx и yy (рисунок 1.6).

Рисунок 1.6 Расчетное сечение рукояти



Принимаются, в первом приближении, размеры сечения и выполняется проверочный расчёт прочности выбранного сечения. Обычно принимается равным отношению . В этом сечении действуют изгибающие моменты в вертикальной продольной М₁ и в поперечной М₂ плоскостях, крутящий момент М_кр и растягивающая сила N_раст, т.е. оно испытывает сложное нагружение. Наиболее нагруженными являются, как правило, точки наиболее удалённые от центра тяжести. Возьмём точку К.

Нормальное напряжение от момента М₁

где J_X - момент инерции сечения относительно оси хх, м⁴.

Нормальное напряжение от момента М₂

где J_Y - момент инерции сечения относительно оси yy, м⁴.

Примем толщину стенок по периметру сечения одинаковой. Тогда



где д - толщина стенок, д=0,006-0,008 м.

Нормальное напряжение от растягивающей силы N_раст

где F_A - площадь сечения, м².

Результирующее нормальное напряжение

Касательное напряжение от крутящего момента М_кр

J_кр - момент инерции сечения при кручении, м⁴.

Приведённые напряжения в точке К

Далее определяется коэффициент запаса прочности



где у_Т - предел текучести материала, МПа.

Для стали 15ХСНД у_Т=300 МПа.

Рекомендуемый коэффициент запаса прочности n_рек=1,5 - 2,5.

Если принятые размеры сечений отвечают требованиям прочности

(n=1,5-2,5), то студент приступает к разработке конструкции рукояти, с учётом обоснованных выше размеров её сечений.

1.4 Расчёт на прочность стрелы манипулятора

Расчёт стрелы манипулятора на прочность выполняется для трех возможных случаев опасного напряжения:

1) при подъёме груза на максимальном вылете с одновременным поворотом манипулятора;

2) при подтаскивании груза на среднем вылете с одновременным поворотом манипулятора;

3) при подтаскивании груза на минимальном вылете с одновременным поворотом манипулятора.

В курсовом проекте по заданию преподавателя расчёт на прочность стрелы может быть выполнен для одного или двух случаев. В качестве примера рассмотрим первый случай, т.е. .

На стрелу также как на рукоять действуют: изгибающий момент в вертикальной продольной плоскости, изгибающий момент в поперечной плоскости, крутящий момент и растягивающие или сжимающие силы.

Крутящий момент для любого сечения стрелы (см. рисунок 1.3)



Изгибающий момент в поперечной плоскости от силы Р_y, например в сечении 1-1, определяется по формуле

Для определения изгибающих моментов, действующих в различных сечениях стрелы в вертикальной продольной плоскости необходимо определить реакции в узле соединения стрелы с рукоятью, т.е. в точке А (см. рисунок 1.3) и усилие Р_Р для принятого расчётного случая, т. е. при . Для этого нужно рассмотреть равновесие рукояти.

При подъёме груза на максимальном вылете Р_Х=0, а рукоять стремится под действием силы Р_Z и сил тяжести G_P и G₃ повернуться по часовой стрелке (см. рисунок 1.3), т. е. усилие Р_Р удерживает её и направлено так, как показано на рисунке 1. 3. Определим его:

.

Отсюда



Для нахождения реакций в шарнире А используем схему нагружения рукояти, приведённую на рисунке 1.7, которая в масштабе перечерчивается с ККС манипулятора.

Рисунок 1.7 Схема нагружения рукояти в продольной вертикальной плоскости

Отсюда

Определив Р_Р и реакции в шарнире А, студент чертит в масштабе стрелу с приложенными к ней в продольной вертикальной плоскости силами (рисунок 1.8).



Рисунок 1.8 Схема нагружения стрелы в продольной вертикальной плоскости

Углы наклона сил берутся из ККС манипулятора

Затем выполняется построение эпюр изгибающих и крутящих моментов и растягивающих (сжимающих сил). Из построенных эпюр определяются наиболее нагруженные сечения и рассчитываются их размеры, аналогично тому, как это делалось для рукояти.

1.5 Проектирование захватных устройств трелёвочных машин

При перемещении деревьев захваты должны исключать разжатие рычагов деревом или пачкой деревьев и выскальзывание последних из захвата. Конструктивно захватные устройства трелёвочных машин могут быть выполнены по различным схемам [1].

Изложенная ниже методика расчёта может быть применена при проектировании захватных устройств манипуляторов и кониковых захватных (зажимных) устройств, выполненных конструктивно по схеме, приведённой на рисунке 1.9 (в этом случае коник подобен захвату манипулятора, но перевёрнутому на 180⁰ в вертикальной плоскости). При расчётах рассматриваемых захватных устройств делаются следующие допущения:

1) дерево - твёрдое, симметричное относительно продольной оси тело;

2) плоскость вращения рычагов захвата нормальна к поверхности лесосеки;

3) захват зажимает ствол дерева (пачку деревьев) в трёх контактных точках А, Б, С (см. рисунок 1.9).

4) коэффициенты трения в этих точках равны для всех направлений взаимодействия элементов захвата с деревом.

При разработке конструкции захватных устройств необходимо учесть, что они должны крепиться шарнирно к рукояти или раме машины, иметь возможность вращения в горизонтальной плоскости и иметь синхронизаторы в виде тяг, соединяющих противоположные зажимные рычаги для синхронизации поворота последних вокруг своих осей.

В задании на курсовое проектирование или при выполнении лабораторно-практических занятий преподавателем указываются:

для захватов манипуляторов

· объём максимального по величине захватываемого дерева ;

· объём минимального по величине захватываемого дерева ;

· максимальное давление в гидросистеме P_H.

для кониковых захватных устройств

· максимальный объём пачки деревьев - Q;

· минимальный объём пачки деревьев - Q_min;

· средний объём хлыста V_ХЛ;

· максимальное давление в гидросистеме P_H;

· параметр l_кон (см. рисунок 1.1).

Для примера возможные варианты учебных заданий с проектными параметрами приведены в таблице 1.2.



Рисунок 1.9 Схема для расчета захвата

Таблица 1.2Исходные данные для расчёта

Проектные параметры	Номер варианта
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Vmaxхл, м3 Vminхл, м3 Q, м3 Qmin, м3 Vхл, м3 lКОН, м PН, Па	1,1 0,12 3 0,66 0,22 0,9 107	1,2 0,14 3,5 0,75 0,25 0,95 107	1,3 0,16 4,2 0,9 0,3 1,0 107	1,4 0,18 5,0 1,1 0,36 1,1 107	1,5 0,2 5,8 1,3 0,42 1,2 107	1,6 0,22 8,5 1,8 0,45 1,35 107	1,7 0,24 9,5 2,0 0,5 1,4 107	1,8 0,26 11,5 2,4 0,6 1,5 107	1,9 0,28 15,2 3,2 0,8 1,6 107	2,0 0,3 19 4,0 1,0 1,75 107

1.5.1 Разработка компоновочно - кинематической схемы захватных устройств трелёвочных машин

Проектирование начинается с разработки компоновочно - кинематической схемы (ККС) захватного устройства, позволяющей определить геометрические размеры основных конструктивных элементов, плечи действия привода и места привязки последнего. ККС даёт представление о работоспособности проектируемого захватного устройства. Она вычерчивается в масштабе на миллиметровой бумаге формата А4 или А3 и прикладывается в РПЗ. ККС вычерчивается, как минимум, для двух случаев:

1) захватывание минимального по величине дерева (пачки деревьев);

2) захватывание максимального по величине дерева (пачки деревьев).

При разработке ККС допускается, что в месте захватывания деревья имеют диаметр, соответствующий диаметру на уровне груди - D_1,3 , который определяется по объёму хлыста из рисунок 1.2.

Для кониковых захватных устройств определяется количество деревьев в пачке максимального и минимального объёма по формулам

Средний диаметр дерева на уровне груди D_1,3 определяется по среднему объёму хлыста V_ХЛ (см. рисунок 1.2). Рассчитанное количество деревьев n_max диаметром D_1,3 в масштабе размещается в круглое или овальное ложе, образуемое опорной балкой и зажимными рычагами. Тем самым получаются геометрические размеры коникового захватного устройства при обжиме пачки деревьев максимального объёма. Затем на опорной балке размещается пачка деревьев минимального объёма и сводятся зажимные рычаги так, чтобы пачка оказалась прижатой к опорной балке, получая тем самым геометрические размеры коникового захватного устройства при обжиме пачки деревьев минимального объёма.

Компоновка захвата манипулятора выполняется аналогично, при этом в ложе размещается дерево максимального (V^max_хл ) и минимального (V^min_хл ) объёма, которым соответствуют диаметры D^max_1,3 и D^min_1,3 , определяемые из рисунка 1.2.

После этого подбираются ход штока гидроцилиндра привода зажимных рычагов (см. приложение) и их плечи. Определение диаметра поршня гидроцилиндра производится по усилию Р_Ц , расчёт которого выполнен ниже.

1.5.2 Расчёт захватов манипуляторов

Рассмотрим равновесие дерева (его сечения), отбросив рычаги и опорную балку и заменив их действие на дерево реакциями (см. рисунок 1.9).

Сила Р_Х сопротивления перемещению дерева стремится вытащить последнее из захвата

,

где k - коэффициент, показывающий какая часть веса дерева (пачки деревьев) приходится на захват, k=0,5 ;

G_Д - максимальный вес дерева, погружаемого манипулятором, Н;

f_П - коэффициент сопротивления движению волочащейся части дерева, f_П= 0,8-1,0.

где g - ускорение свободного падения , м/с²;

г - плотность древесины (для хлыстов) или коэффициент, характеризующий отношение массы дерева к объёму ствола (для деревьев) . Для деревьев г=1000 кг/м³, для хлыстов г=800кг/м³.

Сила Р_Z стремится разжать рычаги



N, N_C - нормальные реакции в контактных точках А, Б, С.

- силы трения в контактных точках, параллельные оси Х.

где f_ТР - коэффициент трения захвата о дерево, f_ТР=0,8-1,0.

F_ТР - силы трения в плоскости сечения дерева

Из равновесия дерева (его сечения)

Подставив вместо сил трения их выражения и решив эти уравнения, получим

Рассмотрим теперь равновесие рычага (рисунок 1.10). Силой тяжести рычага пренебрегаем, ввиду малости по сравнению с другими силами.

Со стороны дерева на рычаг будут действовать силы, равные N, F_X и F_ТР , но противоположно направленные



,

По усилию Р_Ц находят диаметр поршня гидроцилиндра захвата (D₃)

Отсюда

Рисунок 1.10 Схема нагружения рычага



Зная ход штока и диаметр поршня, из приложения подбирается гидроцилиндр.

Рычаг нагружен изгибающими моментами в вертикальной продольной и поперечной плоскостях, крутящим моментом, сжимающими (растягивающими) силами. Наиболее опасным будет сечение, близкое к шарниру О (сам шарнир усиливают).

Для определения нагруженности сечений консольной части рычага действующие на неё силы приводятся к центрам тяжести расчётных сечений по правилу параллельного переноса сил. В нашем случае сечение 1-1 нагружено.

От сил N и F_ТР :

- изгибающим моментом в плоскости вращения рычага

- нормальной силой

Напряжениями от касательных сил пренебрегаем, поэтому касательные силы не рассчитываем.

От силы F_X :

- изгибающим моментом в поперечной плоскости рычага

- крутящим моментом



Подбор размеров сечений захватов и расчёт их на прочность делается так же, как для рукояти.

1.5.3 Расчёт коников

Рассматриваемая конструкция коника подобна захвату манипулятора, но перевёрнутому на 180^о в вертикальной плоскости (рисунок 1.11). Рассмотрим равновесие пачки (её сечения), отбросив рычаги и заменив их действие на пачку реакциями (см. рисунок 1.11).

Сила Р_Х сопротивления перемещению пачки стремится вытащить её из коника

где G_П - максимальный вес пачки, Н.

Сила Р_Z определяется по формуле

N, N_C - нормальные реакции в контактных точках А, Б, С.



Рисунок 1.11 Схемы для расчета коника

- силы трения в контактных точках, параллельные оси Х.

F_ТР - силы трения в плоскости сечения пачки.

Из равновесия пачки (её сечения)



Подставив вместо сил трения их выражения и решив эти уравнения, получим:

Затем студент рассматривает равновесие рычага коника, определяет диаметр поршня гидроцилиндра, из приложения подбирает гидроцилиндр и выполняет расчёт рычага на прочность, аналогично захвату манипулятора.

После этого разрабатывается конструкция коника.



Литература

1. Артамонов Ю.Г. Проектирование технологического оборудования манипуляторных лесных машин: Учебное пособие по курсовому проектированию с элементами НИРС для студентов специальности 0519. - Л.: ЛТА, 1985. - 84 с.

2. Гидрооборудование для гидроприводов строительных, дорожных и коммунальных машин: Каталог-справочник. - М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1978. - 471с.

3. Виногоров Г.К. Лесосечные работы. - М.: Лесная промышленность, 1981. - 272с.

4. Анучин Н.П. Определение объемов хлыстов и сортиментов. - М.: Лесная промышленность, 1973. - 192с.

Приложение

Таблица по выбору гидроцилиндров

Ход г.ц.	80	100	110	125	160	180	200	220	250
	40	40	50	40	63	63	80	63	80	100	80	80	100	110	125
	18	18	22	18	28	28	36	28	36	45	36	36	45	50	56
	20	20	25	20	35	35	40	35	40	40	40	40	40	40	50
	200	200	220	200	252	252	280	252	280	300	280	280	300	310	350
длина г.ц.
	280	300	320	310	377	412	440	432	480	500	500	530	550	560	600
	12	12	16	12	21	21	27	21	27	27	27	27	27	27	33
	16	16	20	16	26	26	28	26	28	28	28	28	28	28	35

Таблица

Ход г.ц.	280	320	360	320	400	630
	80	125	63	80	125	140	100	110	125	50	100	110	125	100	110
	36	56	28	36	56	63	45	50	56	22	45	50	56	45	50
	40	50	35	40	50	50	40	40	50	25	40	40	50	40	40
	280	350	252	280	350	370	300	310	350	200	300	310	350	300	310
длина г.ц.
	560	630	532	600	670	690	660	670	710	520	700	710	750	930	940
	27	33	21	27	33	33	27	27	33	16	27	27	33	27	27
	28	35	26	28	35	35	28	28	35	20	28	28	35	28	28

Таблица

Ход г.ц.	630	710	800	1000
	125	140	80	100	125	200	100	110	125	140	160	180	100	110
	56	63	50	63	80	90	45	50	56	63	70	80	63	70
	50	50	40	50	50	80	40	40	40	50	50	70	40	40
	350	370	280	300	350	480	300	430	310	350	370	420	300	310
длина г.ц.
	980	1000	990	1010	1060	1190	1100	1110	1150	1170	1220	1230	1300	1310
	33	33	27	27	33	52	27	27	33	33	46	46	27	27
	35	35	28	28	35	55	28	28	35	35	49	49	28	28



Таблица

Ход г.ц.	1000	1250
	125	160	180	125	140	160	180
	80	100	110	80	60	100	110
	50	70	70	50	50	70	70
	350	420	430	350	370	420	430
длина г.ц.
	1350	1420	1430	1600	1620	1670	1680
	33	46	46	33	33	46	46
	35	49	49	35	35	49	49

Рис.

- длина г.ц. при полностью вдвинутом штоке; - длина г.ц. при полностью выдвинутом штоке.

Размещено на Allbest.ru