Материал: ИздательствоСанкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. КироваISBNГод2017Страниц18Уровень образованияМагистратура. Системный анализ
Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени С. М. Кирова»
Кафедра технологических процессов и машин лесного комплекса
СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ
Методические указания и задания к курсовой работе магистров
по направлению подготовки 15.04.02 «Технологические машины и оборудование»
Санкт-Петербург
2017
1
Рассмотрены и рекомендованы к изданию Институтом технологических процессов и машин лесного комплекса
Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета 10 мая 2017 года
С о с т а в и т е л ь :
кандидат технических наук, доцент Е. Н. Власов
О т в . р е д а к т о р доктор технических наук, профессор В. А. Александров
Р е ц е н з е н т
кафедра технологических процессов и машин лесного комплекса СПбГЛТУ
Системный анализ: методические указания и задания к курсовой работе магистров по направлению подготовки 15.04.02 «Технологические машины и оборудование» / сост.: Е. Н. Власов. – СПб.: СПбГЛТУ, 2017. – 18 с.
Содержит методические указания и задание к курсовой работе «Анализ изменения скорости привода колонны лесного манипулятора в процессе торможения», которая является важным обобщающим этапом изучения курса «Системный анализ».
Предназначены для магистров по направлению подготовки 15.04.02 «Технологические машины и оборудование».
Темплан 2017 г. Изд. № 86.
2
ВВЕДЕНИЕ
Цель работы заключается в привитии студентам навыков математического моделирования и анализа на примере циклового гидропривода манипулятора лесопромышленного робота.
Курсовая работа выполняется в часы практических занятий, а также в часы самостоятельной работы. Под руководством преподавателя на практических занятиях разрабатывается линейная математическая модель циклового гидропривода лесопромышленного робота и проводится подготовка к моделированию на ЭВМ. Моделирование на ЭВМ динамики гидропривода выполняется студентами в часы самостоятельной подготовки.
После выполнения всех этапов отчет о проделанной работе студент защищает как курсовую работу.
I.ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Вкачестве объекта исследования выбран трехзвенный ангулярный манипулятор лесопромышленного робота с цикловой системой управления. Кинематическая схема манипулятора представлена на рис. 1.
Рис. 1. Кинематическая схема манипулятора
Задана типовая схема силовой части циклового гидропривода поворотной колонны (звена I) манипулятора (рис. 2). Поступательное движение штока гидроцилиндра преобразуется во вращательное движение колонны посредством зубчато-реечной передачи. Геометрические и инерционные параметры манипулятора, а также передаточное отношение зуб- чато-реечного механизма известны. Заданы конфигурации манипулятора. В качестве исследуемого режима работы гидропривода выбран наиболее ответственный режим - режим торможения, соответствующий останову поворотной колонны (звена I) манипулятора в заданной точке позиционирования.
3
Рис. 2. Типовая схема силовой части циклового гидропривода поворотной колонны
Требуется разработать линейную математическую модель циклового гидропривода и методом моделирования на ЭВМ провести анализ работы привода при различных ускорениях торможения и различных конфигурациях манипулятора.
2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Геометрические и инерционные параметра манипулятора, а также значения обобщенной скорости колонны (звена I) при установившемся движении для каждого варианта задания представлены в таблице /I/.
Конфигурации манипулятора:
q2 |
0 const |
, |
q3 |
0, / 6, / 3, / 2 |
; |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
q2 |
/ 6 const |
, |
q3 |
0, / 6, / 3, / 2 |
; |
|||
|
|
|
|
|
|
|
||
q2 |
/ 3 const |
, |
q3 |
0, / 6, / 3, / 2 |
. |
|||
|
|
|
|
|
|
|
||
Передаточное отношение зубчато-реечной передачи i=5, ход поршня
S=0,63 м, площадь поршня F 2 *10 2 м2 и давление питания Pн=10 МПа для всех вариантов одинаковы. Масса манипулятора 800 кг. Анализ работы
гидропривода проводится при двух значениях времени торможения |
tT |
|
(0,1 с.; 0,5 с.).
Исходные данные выбираются по первой букве фамилии студента из таблицы 1.
4
3. ЛИНЕЙНАЯ МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЦИКЛОВОГО ГИДРОПРИВОДА
При установившемся движении усилие на штоке гидроцилиндра равно усилию сопротивления Rc, включающему все силы, приложенные к штоку. При выдвижении штока выполняется равенство
Rg Fp1 Fp2 |
F ( p1 p2 ) Fpg , |
(1) |
где F – эффективная площадь поршня; р1, р2- давление в полостях гидроцилиндра, pg- расчетный перепада давления в гидроцилиндре.
Расходы в напорной Q1 и сливной Q2 полостях соответственно равны Q1 =vF, Q2 =vF , где v - скорость поршня гидроцилиндра.
При дроссельном регулировании скорости с дросселем на выходе скорость поршня v определяется расходом через дроссель Qgp. Здесь
Q f |
2 |
P Q Q |
|
|
|
2 |
|
||
qp |
|
qp 1 |
|
|
|
|
, |
(2) |
|
|
|
|
где μ - коэффициент расхода дросселирующего окна, μ= 0,71 при турбулентном течении рабочей жидкости; f - площадь проходного сечения рабочего окна; ρ - плотность рабочей жидкости, ρ =870 кг/м3, Pqp = p1 – p2 - перепад давления на дросселирующем окне; pсл - давление в сливной ма-
гистрали (рсл ≈ 0).
Пренебрегая объемными и гидравлическими потерями в магистралях и местных сопротивлениях, кроме потерь в дросселе, из уравнений (I) и (2) при р1 = рн получим
f |
|
2 |
|
( p p ) |
|
Q f |
|
2 |
( p p ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
F |
|
|
н q |
|
qp |
|
н q |
|
|
||
|
|
или |
|
|
|
. |
(3) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
При неустановившемся движении уравнение движения поршнем гидроцилиндра согласно второму закону Ньютона, имеет вид
m |
|
|
dv |
F ( p |
p |
) R |
(4) |
п |
|
||||||
|
|
dt |
1 |
2 |
c |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где mn - приведенная к штоку масса подвижных частей манипулятора и предмета труда.
Найдем приведенную массу.
Кинетическая энергия манипулятора в общем случае складывается из кинетических энергий колонны, стрелы, рукояти и груза. Полагаем стрелу,
5