DOI: https://doi.org/10.22281/2413-9920-2018-04-01-14-30

УДК 62-82:681.581.5

Лагерев А.В., Лагерев И.А.
Проектирование и исследование приводных шарнирных соединений звеньев гидравлических манипуляционных систем мобильных транспортно-технологических машин
В работе представлена конструкция и принцип работы нового вида шарнирных соединений смежных звеньев манипуляционных систем мобильных танспортно-технологических машин – приводных шарниров для обеспечения поворотного относительного движения звеньев. Их конструкция позволяет совместить функцию обеспечения неразрывности кинематической цепи и функцию обеспечения поворотного движения смежных звеньев, причем без использования дополнительных выносных устройств. Конструкция устройства защищена патентом Российской Федерации. Приводные шарнирные соединения являются альтернативным вариантом для традиционных конструкций шарнирных соединений с выносными силовыми гидродвигателями. Разработана оптимизационная математическая модель устройства. Модель базируется на минимизации массы приводного шарнирного соединения при выполнении комплекса необходимых конструкторских, монтажных, режимных и прочностных ограничений. На основе данной математической модели предложен метод автоматизированного проектирования приводного шарнирного соединения, который реализован в компьютерной программе. Проведено исследование влияния основных технических характеристик и величины эксплуатационной нагрузки на оптимальную массу и оптимальные конструктивные размеры приводных шарнирных соединений. Показано, что при обеспечении равных грузо-высотных характеристик мобильного крана-манипулятора приводное шарнирное соединение позволяет исключить ряд эксплуатационных недостатков традиционного шарнирного соединения: развития с течением времени дополнительной динамической нагруженности металлоконструкции вследствие увеличения зазоров в соединении, снижения объема рабочей зоны крана из-за наличия выносных силовых гидродвигателей, появления отказов вследствие усталостного разрушения элементов узлов крепления силовых гидродвигателей к звеньям манипуляционной системы. При этом возможен перевод гидросистемы на меньшие уровни рабочего давления, что приводит к повышению энергоэффективности крана-манипулятора и коэффициента полезного действия гидропривода в целом, а также к снижению эксплуатационных затрат на обслуживание.
Ключевые слова: манипуляционная система, гидравлический кран-манипулятор, мобильная машина, приводное шарнирное соединение, оптимальное проектирование, целевая функция, минимальная масса, система ограничений.

Lagerev A.V., Lagerev I.A.
Design and study of drive swivel joints for hydraulic manipulation systems of mobile transport-technological machines
The paper presents the design and principle of operation of a new type of articulated connection of adjacent links of manipulation systems of mobile transport and technological machines – the drive swivel joints to provide a rotary relative movement of the links. Their design allows to combine the function of ensuring the continuity of the kinematic chain and the function of providing rotary movement adjacent units and without the use of additional external devices. The design of the device is protected by a patent of the Russian Federation. Drive swivel joints are an alternative to traditional designs of articulated joints with external power hydraulic drives. Developed a mathematical optimization model. The model is based on the minimization of the mass of the drive swivel joints when you complete the necessary design, installation, operating and strength constraints. Based on this mathematical model the proposed method of computer-aided design of the drive swivel joints, which is implemented in a computer program. A study was conducted of the influence of the main technical characteristics and magnitude of the operational load at the optimal weight and the optimal constructive dimensions of the drive swivel joints. It is shown that at equal freight-altitude characteristics of mobile crane-manipulator the drive swivel joint allows you to exclude a number of operational shortcomings of the traditional swivel: 1) development over time of the additional dynamic load of metal due to the increased clearances in connection; 2) lowering the volume of the working area of the crane due to the presence of external power of hydraulic drives; 3) the appearance of cracks due to fatigue failure of the elements of the attachment point of the hydraulic drives to the links of manipulation system. It is possible that the transfer of the hydraulic system for lower operating pressure, which increases the efficiency of the crane and the efficiency of the hydraulic drive as a whole, as well as reduction in operating maintenance costs.
Key words: manipulation system, hydraulic crane, mobile machine, drive swivel joint, optimum design, goal function, minimum weight, the system limitations.

Скачать статью (файл pdf) — Download (pdf)

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-ShareAlike» («Атрибуция — На тех же условиях») 4.0 Всемирная.