Методика ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРемени захватывания древесины радиальным грейфером
Бакай Б.Я. (НЛТУ Украины, г. Львов, Украина)
The article contains the method of definition of time for the capture of round woods with the use of radial grapple.
Введение. В рамках реализации программы по техническому перевооружению основного производства все чаще рассматривают вопрос замены кранов традиционного типа на многофункциональные погрузочные машины, оборудованные манипуляторами с грейферными захватами.
Погрузочные машины оснащаются широким спектром дополнительного оборудования в зависимости от производственных условий работы и выполнения различных задач.
Грейферный механизм (грейфер) представляет собой многозвенный механизм с поворотными челюстями, навешанный на грузоподъемную или подъемно-транспортную машину [1]. В последнее время в лесной промышленности широко используются гидроманипуляторы, в которых грейфер по своим конструктивным особенностям и по режиму работы может быть напорным и безнапорным.
Актуальность темы. В приводных напорных грейферах внедрение в штабель и процесс зачерпывания происходит под действием внешнего напорного усилия, создаваемого рукоятью манипулятора или другого элемента, связывающего грейфер и металлоконструкцию машины. Внедрение грейфера в штабель круглых лесоматериалов может происходить так же под действием собственного веса грейфера или отдельных звеньев манипулятора. При зачерпывании круглых лесоматериалов исполнительные элементы грейфера совершают вращательное и поступательное движение. В основном такое движение реализуется синхронизацией и жесткой кинематической связью системы рычагов и гидроцилиндров грейфера [2, 3].
Известно, что при захвате радиальным грейфером древесины основным сопротивлением есть сопротивление сжатия и заполнения грейфера. Как показали исследования, во время захвата лесоматериалов межу движущимися навстречу друг другу челюстями грейфера образовывается “балочная система” (“балка”), которая препятствует последующему заполнению грейфера [1].
Постановка задачи. На основании ранее выполненных теоретических и экспериментальных исследований, можно отметить следующие требования к радиальным грейферам [1, 2]:
1. Заполнение грейферного захвата должно проходить за один прием и на протяжении минимального времени.
2. Форма челюстей радиального грейферного захвата при захвате лесоматериалов не должна допускать образование “балок”.
3. Форма челюсти должна способствовать заполнению грейфера под действием усилий, приложенных к челюстям.
4. Максимально возможный объем заполнения грейфера круглыми лесоматериалами должен отвечать технологическим и техническим условиям работы грузоподъемных и подъемно-транспортных машин, обеспечивающих выполнение операций на лесных складах.
Основная цель изложенных требований направлена на увеличение производительности работы грейфера. Особую практическую значимость имеет эта задача при определении технологических и конструктивных параметров погрузочно-разгрузочного оборудования с использованием грейферного захвата.
Сущность решения задачи. Определение необходимого времени захватывания древесины радиальным грейфером можно решить как задачу кинематики грейферного механизма исходя из уравнения Лагранжа 2-го рода.
На основании расчетной схемы (рис. 1) при неизменяемых
углах α, β, определяются величины 
, 
, 
, 
, а скорость перемещения точек
получаем продифференцирировав
их по времени
Рисунок 1 – Расчетная схема грейфера:
1 – челюсть; 2 – гидроцилиндр; 3 – корпус; 4 – ось симметрии грейфера
, 
,
, 
,
где 
.
Тем
самым, уравнения отображают скорость точек как функцию от 
і 
.
Запишем систему уравнений Лагранжа 2-го рода
,
, (1)
где 
, Qφ
– моменты.
Кинетическая энергия механизма равна
, (2)
где
–
момент инерции челюсти относительно центра массы, который является постоянной
величиной, потому что рычаг вращается вокруг неподвижной оси.
Подставив ранее определенные значения в уравнение (2) получим
.
Для упрощения введем переменные
,
,
.
Константы
,
являются
постоянными, тогда 
, так как скорость поршня 
относительно к 
есть постоянной
величиной.
Примем следующее предположение
. (3)
Уравнение
кинетической энергии представим, использовав уравнение (2) и коэффициенты ,
, (4)
Коэффициенты і являются функциями угла поворота 
челюсти грейфера, который изменяется
относительно узкого диапазона и равный среднему значению аргумента угла .
При постоянных коэффициентах , частичные производные кинетической
энергии по скорости и угловому ускорению равны
; 
,
; 
,
Эту систему можем представить как
, (5)
где x, y – неизвестные.
Развязывая систему уравнений с 2-мя неизвестными, получим
.
Интегрируем
переменные 
и 
по времени и получим
В
начальный момент времени 
, и 
. (6)
Отсюда определяем продолжительность времени захватывания круглых лесоматериалов радиальным грейфером
. (7)
Выводы. Представленный материал предлагается как методика определения времени захватывания круглых лесоматериалов радиальным грейфером для решения технологических задач.
Литература
1. Таубер Б.А. Грейферные механизмы. – М.; Машиностроение, 1985. – 272 с.
2. Корендясев, А.И. и др. Манипуляционные системы роботов/ А.И. Корендясев, Б.Л. Саламандра, Л.И. Тывес; Под ред. А.И. Корендясева. –М.: Машиностроение, 1989. – 471 с.
3. Третьяков Н.Д. Обоснование параметров пачкового захвата// Труды ЦНИИМЭ. –Химки: ЦНИИМЭ. –1982. – С.126-130.