Процедура кинематической привязки и выбора гидроцилиндров

 

Кинематическая привязка гидроцилиндров, как уже указывалось выше, производится в условиях неопределенности, однако всегда существуют ограничения, определяющие область изменения начальных параметров, в которой реализуются решения. Поэтому «привязку» следует начинать определением «условий существования». Ниже приведены примеры определения таких условий для механизмов наиболее часто встречающихся на практике.

 

 

Рисунок 9* – Кинематическая привязка гидроцилиндра: А, В, С, С₁ – точки крепления гидроцилиндра; l_min – минимальный размер гидроцилиндра; l_max – максимальный размер гидроцилиндра; H_min – минимальная высота подъема рабочего органа; H_max – максимальная высота подъема рабочего органа

 

На рисунке 9, если точка А – произвольно выбранная точка крепления гидроцилиндра, то

 

, т. е. ; ;

 

или точка крепления должна находиться на отрезке АВ. Это первое условие существования решения.

В общем случае, когда ; угол .

Далее, перенесем точку С на верхнее положение рабочего органа в точку С₁, сделав засечку раствором циркуля равным R_ц = ВС. ВС = ВС₁; тогда отрезок - это второе условие существования решения.

Запишем условия существования решения в краткой форме:

 

; ; - по теореме «косинусов».

 

Это означает, что, если максимальная длина цилиндра l_max больше АС₁, то это приведет к увеличению H_max, что допустимо в определенных границах. Обратное приведет к уменьшению H_max, что по условию (задания) недопустимо.

Приведенное позволяет сделать следующее заключение:

- задачу значительно проще решить графически или графоаналитически;

- хотя выбор исходных данных является произвольным, существуют области, в которых находятся все точки возможных решений;

- эти области жестко ограничены снизу, и некоторой областью сверху, которая устанавливается из условий практики.

Исследуем возможные дальнейшие пути решения. Ниже, на рисунке 10, представлена кинематическая схема фрагмента механизма.

 

 

Рисунок 10 – Кинематическая схема механизма

 

В процессе построения кинематической схемы могут возникнуть следующие ситуации.

1. Хода штока гидроцилиндра недостаточно для подъема рабочего органа на заданную высоту. Переместим точку А крепления цилиндра вверх в точку А¢. Из чертежа (рисунок 10) видно – если перемещать точку крепления С влево ближе к вершине угла В, то необходимый ход штока С²С²₁ уменьшается, так как С²С²₁ < С¢С¢₁; и наоборот, увеличивается, если точку крепления поместить в точку С¢.

2. Ход штока гидроцилиндра велик и высота подъема рабочего органа недопустима. В этом случае, как было показано выше, точку крепления гидроцилиндра следует перенести вправо (в точку С¢). Изложенное позволяет предложить следующую стратегию процедуры вписывания гидроцилиндра.

Шаг первый. Строится в масштабе схема механизма (формат не менее А3).

Шаг второй. Выбирается по таблицам учебных пособий (произвольно) гидроцилиндр с ходом штока, например, l, не обращая внимания на диаметр.

Шаг третий. Определяются максимальный и минимальный размеры гидроцилиндра L_max и L_min.

Шаг четвертый. Определяется координата точки А (рисунок 10) и опустив перпендикуляр из точки А, находится точка С. Координата точки А определяется из условия

;

Угол a определяется из графического построения, путем замера.

Шаг пятый. Определяется положение С₁ (С₁В = СВ) и проверяется условие . Условие проверяется графически.

Шаг шестой. В зависимости от ситуации (см. выше, рисунок 10) производится изменение положения точки С₁, или А₁.

Шаг седьмой. Проверяются конструктивные ограничения.

В случае если гидроцилиндр вписать не удается, выбирается новый (по величине хода штока) цилиндр и построение (процедура) повторяется.

После того как гидроцилиндр вписан по длине, строится расчетная схема. Ее также следует построить на черновике в масштабе. Цель этой работы – определение графическим или графоаналитическим путем необходимых скоростей штока цилиндра и действующих на него усилий со стороны рабочего органа.

Ниже (рисунок 11) представлен пример такого решения. Для решения этой задачи необходимо вычертить схему в положении рабочего органа, когда на него действует максимальная нагрузка. В представленном случае, максимальный момент возникает в горизонтальном положении стрелы (рабочего органа).

Рисунок 11 – Схема для определения усилия на штоке гидроцилиндра

Условие равновесия (см. рисунок 11) можно представить в виде

; ; ,

где G – вес поднимаемого груза;

z – максимальный вылет стрелы;

- усилие, необходимое для подъема груза;

x – расстояние от шарнира до места крепления гидроцилиндра стрелы.

 

В этом случае

и ;

где - усилие на штоке гидроцилиндра.

 

Схема вычерчивается на черновике в масштабе и все линейные размеры и углы определяются из чертежа. Формат чертежа не менее А3.

 

 

3.1.3 Определение скорости движения штока гидроцилиндра

 

Значение скорости движения штока гидроцилиндра будет необходимо при определении расхода и выборе насоса.

Условием равновесия является равенство угловых скоростей в точках C и D (рисунок 12) при повороте вокруг точки B, то есть .

Рисунок 12 – Схема для определения скорости движения штока гидроцилиндра

Так как ; ,

 

где неизвестными являются и .

Так как для лесных машин скорость рабочего органа находится в пределах v = 0,1 ÷ 0,5; то задаваясь ей, находим:

 

и

.

 

Определив скорость движения штока цилиндра можно определить необходимый расход рабочей жидкости:

,

 

где Q – необходимый расход, м³/с;

D – диаметр гидроцилиндра, м;

v – скорость перемещения штока, м/с.

 

Определение одновременности работы цилиндров производят, используя построенную ранее циклограмму.

При этом, полагаясь на собственный (интуитивный) опыт, предлагают варианты управления и выделяют ситуации с одновременной работой цилиндров.