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 c_р за счет количества ее листов n (n– 4; 5; 6; 7 листов) при вертикальной нагрузке Р_р на консольный конец рессоры (таблица 1).

 

Таблица 1 – Значения жесткости рессоры c_р (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 c_р при варьировании количества листов n и вертикальной нагрузки Р_р на консольный конец рессоры для системы 1 (рис. 1).

Сравнительный анализ процессов затухания колебаний манипулятора (в проведенном экспериментальном исследовании) по логарифмическому декременту затухания колебаний δ₁ и по критерию К_δ=, позволяет определить степень эффективности гашения колебаний систем 1 и 2. Система 1 эффективней системы 2 при более жесткой рессоре (n≥ 6), т. е при К_δ >1, но менее эффективна при n≤5, когда К_δ <1 (рис. 2). Таким образом установлено, что демпфирующий элемент – рессора (система 1) эффективней системы 2 при увеличении жесткости рессоры c_р и снижении нагрузки Р_р.

Поэтому, для выполнения требуемого условия К_δ >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 c_р =f(n; Р_р)

 

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 l 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 ∆ при его выдвижении, что позволяет варьировать жесткость пакета рессор (изменяется рабочая длина рессоры l_∆=l-∆).

 

Рисунок 3 – Схема регулировки жесткости рессоры для системы 1 с применением электробустера на скользящей опоре

 

Жёсткость для четвертной эллиптической рессоры определяется по формуле [2]

                         ,                                                (1)

где    - модуль упругости при изгибе, Па; - момент инерции листа рессоры, м⁴; - число листов рессоры; - длина корневого листа рессоры, м (или рабочая длина рессоры).

По формуле 1 подсчитаны жесткости рессоры от варьировки ∆ для новой рабочей длины l_∆ и сведены в таблицу 2.

 

Таблица 2 – Жесткости рессоры c_р (кН/м) от варьирования величины ∆ (м)                                         

∆l, м	n
	4	5	6	7
∆l1=0,19 при ∆=0	53,8	59,62	66,84	76,06
∆l2=0,18 при ∆=0,01	70,0	78,4	85,75	92,4
∆l3=0,17 при ∆=0,02	83,09	93,07	101,8	109,7
∆l4=0,16 при ∆=0,03	99,66	111,62	122,1	131,55

 

Например, система корректировки жесткости рессоры при увеличении ∆ на 0,01 м позволяет повысить жесткость c_р для n =5 на 31,5 %, а при ∆ на 0,02 м жесткость возрастает на 54,4 % для n = 4, что соответствует требуемому условию К_δ >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.