Представлена конструктивная проработка магнитного демпфирующего устройства гидропривода лесного манипулятора. По рабочим чертежам уточнены габариты корпусных деталей, присоединительные резьбы и крепёжные отверстия. Принята разъёмная компоновка из двух гильз и крышек. Конструкция предназначена для изготовления опытного образца и последующей проверки расчётной модели.
лесной манипулятор, гидропривод, магнитное демпфирование, конструктивная компоновка, магнитный поршень, экспериментальный образец
Введение
Гидропривод механизма подъёма стрелы лесного манипулятора работает в повторно-кратковременном режиме. Разгон и торможение стреловой системы, изменение вылета и массы перемещаемого груза вызывают переходные процессы, при которых давление и скорость движения звеньев кратковременно отклоняются от установившихся значений. Для снижения динамической нагруженности требуется согласованный выбор параметров привода и демпфирующих элементов [1, 3].
В патентной схеме магнитное демпфирующее устройство 24 подключено между гидролиниями 6 и 7 гидроцилиндра подъёма стрелы через регулируемые дроссели 22 и 23 (рис. 1). Устройство включает корпус с крышками 25 и 26, два подвижных магнитных поршня 27 и 28 и неподвижную магнитную перегородку 29 с дроссельным отверстием 30. При всплеске давления рабочая жидкость поступает в соответствующую полость устройства и перемещает один из поршней в направлении перегородки. Сближение одноимённых магнитных полюсов вызывает увеличение силы отталкивания, противодействующей перемещению поршня, а перетекание рабочей жидкости через дроссельное отверстие создаёт дополнительное гидравлическое сопротивление. Совместное действие магнитной силы и дросселирования обеспечивает снижение интенсивности колебаний давления [2].
Рисунок 1 – Схема гидропривода механизма подъёма стрелы лесного
манипулятора с магнитным демпфирующим устройством [2]
Ранее выполненный авторами численный эксперимент показал, что подключение такого устройства может снизить максимальные динамические значения давления примерно в 1,4…1,5 раза: после переходной стадии давление стабилизировалось около 25 МПа, тогда как в расчётном режиме без демпфирования сохранялись колебания в диапазоне 31…39 МПа [1]. Для перехода от расчётной схемы к стендовому исследованию потребовалось уточнить геометрию корпуса, способ соединения его частей и параметры деталей, доступных для изготовления.
Цель работы заключается в разработке конструктивной компоновки магнитного демпфирующего устройства гидропривода лесного манипулятора и определении основных геометрических параметров его корпусных деталей для последующего изготовления экспериментального образца.
Материалы и методы
При конструкторской проработке использованы результаты расчётной модели: диаметр магнитного поршня в модели принимался равным 50 мм, конструктивно допустимая координата поршня составляла 60 мм, а его фактическое перемещение в рассмотренном переходном процессе – около 5 мм [1]. Эти значения характеризуют расчётную схему и не заменяют размеры посадочных поверхностей опытного образца. Размеры на рабочих чертежах интерпретированы по правилам ЕСКД и системе допусков и посадок [4, 5].
Трёхмерные модели и рабочие чертежи выполнялись средствами автоматизированного проектирования. Последовательность включала построение общей цилиндрической компоновки, разбиение корпуса на технологически самостоятельные детали, назначение резьбовых и крепёжных элементов, после чего проверялись соосность рабочих поверхностей и сборочные габариты.
Корпус принят разъёмным и образован двумя гильзами с торцевыми крышками. Такое решение обеспечивает доступ к внутренним элементам магнитной системы и позволяет изменять их положение при стендовой отработке. Рабочие чертежи относятся к корпусным деталям; окончательная конструкция магнитных поршней, неподвижной перегородки, уплотнений и присоединительных штуцеров должна быть оформлена отдельными чертежами перед изготовлением опытного образца. Разработанное конструктивное соединение двух гильз показано на рис. 2.
Рисунок 2 – Продольный вид соединения корпусных деталей
магнитного демпфирующего устройства
Результаты и обсуждение
Размерная цепь сборки включает осевое перекрытие гильз и посадку крышек. Каждая гильза имеет длину 125 мм; длина сопрягаемого участка гильз равна 32 мм. Крышка имеет осевую толщину 15 мм, при этом её ступенчатый участок входит в гильзу на 5 мм, поэтому наружу выступает 10 мм. Полная длина устройства составляет 125 + 125 − 32 + 2×(15 − 5) = 238 мм, что соответствует сборочному чертежу. Наружный диаметр корпуса равен 64 мм. Соединение гильз выполнено резьбой М56×2. В основной цилиндрической зоне расчётная толщина стенки для диаметра 64 мм и отверстия 50 мм составляет 7 мм; для гильзы 2 при отверстии Ø50+0,16 минимальное значение составляет 6,92 мм.
В обеих гильзах предусмотрены восемь резьбовых отверстий М5: глубина резьбы 17 мм, глубина сверления 20 мм, фаска 1×45°; отверстия расположены на диаметре 57 мм с угловым шагом 45°. Крышка имеет наружный диаметр 64 мм и толщину 15 мм. В ней выполнены восемь проходных отверстий Ø5,5 мм на диаметре 50 мм с шагом 45° и центральное резьбовое отверстие М12. Следовательно, отверстия Ø5,5 мм следует рассматривать как крепёжные проходные отверстия крышки, а М5 – как резьбовые отверстия в гильзах.
Таблица 1 – Основные параметры разработанной компоновки
|
Параметр |
Значение по чертежам |
|
Длина устройства в сборе |
238 мм |
|
Наружный диаметр корпуса |
Ø64 мм |
|
Длина гильзы 1 / гильзы 2 |
125 / 125 мм |
|
Внутреннее отверстие гильзы 1 |
Ø50 мм |
|
Внутреннее отверстие гильзы 2 |
Ø50+0,16 мм |
|
Соединение гильз |
резьба М56×2 |
|
Крышка |
Ø64×15 мм; центральная резьба М12 |
|
Отверстия в крышке |
8×Ø5,5 мм на Ø50; шаг 45° |
|
Отверстия в гильзах |
8×М5, глубина резьбы 17 мм; на Ø57; шаг 45° |
|
Размерная цепь длины сборки |
125 + 125 − 32 + 2×(15 − 5) = 238 мм |
Конструктивное исполнение гильз и торцевой крышки представлено на рис. 3. Гильза 1 имеет внутреннюю цилиндрическую поверхность Ø50; на чертеже гильзы 2 указан размер Ø50+0,16. Эти размеры относятся к корпусным отверстиям. Крышка выполнена толщиной 15 мм с посадочным ступенчатым участком 5 мм. Указанные размеры не подтверждают фактический диаметр подвижного магнитного поршня, который должен быть назначен с учётом выбранного зазора, направляющих и уплотнений.
а – гильза 1; б – гильза 2; в – крышка
Рисунок 3 – Основные корпусные детали
Принятая компоновка согласуется с расчётной схемой устройства, однако рабочий чертёж экспериментального образца требует дальнейшей детализации. До изготовления необходимо назначить фактический диаметр подвижного узла, радиальный зазор, материал корпуса, шероховатость направляющих поверхностей, тип уплотнения и прочностные параметры резьбового и болтовых соединений. Такое разделение расчётных и конструкторских параметров исключает отождествление диаметра поршня модели с диаметром отверстия корпуса.
Практическая ценность разработанной конструктивной компоновки состоит в возможности изготовить модульный корпус и использовать его как основу испытательного устройства. Разъёмная схема позволяет последовательно менять магнитные элементы, их начальный зазор, массу подвижного узла и параметры дросселирования, сохраняя одинаковые внешние габариты. При таком подходе сравнение режимов будет отражать влияние исследуемого параметра, а не изменение всей конструкции.
На следующем этапе требуется выполнить прочностной расчёт корпуса и крепёжных элементов для максимального давления, проверить герметичность соединений, изготовить детали и определить реальные потери на трение. После сборки экспериментальный образец может быть установлен в гидравлический стенд для регистрации давления, перемещения и скорости магнитного поршня. Сопоставление измеренных переходных процессов с расчётными зависимостями позволит уточнить коэффициенты модели и определить рациональный диапазон конструктивных параметров.
Выводы
1. На основе расчётной схемы магнитного демпфирующего устройства разработана разъёмная конструкция корпуса, включающая две гильзы и торцевые крышки.
2. По рабочим чертежам уточнена размерная цепь сборки: две гильзы длиной по 125 мм соединяются с осевым перекрытием 32 мм, а крышки толщиной 15 мм имеют посадочный участок 5 мм. Это обеспечивает общую длину устройства 238 мм при наружном диаметре 64 мм.
3. Установлено различие между крепёжными элементами: крышка имеет восемь проходных отверстий Ø5,5 мм, а в гильзах выполнены восемь резьбовых отверстий М5; это обеспечивает корректное назначение болтового соединения.
4. До изготовления образца необходимо назначить рабочие зазоры и уплотнения, выбрать материал, выполнить расчёт прочности и сформировать программу стендовых испытаний.
1. Исследование динамики гидропривода механизма подъема стрелы лесного манипулятора с магнитным демпфирующим устройством / А.А. Полумиско, П.И. Попиков, Н.С. Камалова [и др.] // Лесотехнический журнал. – 2026. – Т. 16, № 1(61). – С. 174-190. – DOI:https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2026.1/12. EDN: https://elibrary.ru/AHCISI
2. Патент на полезную модель № 230802 U1 Российская Федерация, МПК B66C 13/42. Гидропривод механизма подъема стрелы лесного манипулятора с магнитным демпфирующим устройством: № 2024127518: заявл. 18.09.2024 : опубл. 19.12.2024 / А.А. Сидоров, П.И. Попиков, Е.В. Поздняков [и др.] ; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова».
3. Кинематические и динамические характеристики механизма подъема манипулятора сортиментовоза с гидромеханическим демпфером / Д.С. Богданов, И.Д. Евсиков, А.В. Попикова [и др.] // Физические основы наукоемких технологий: Материалы Всероссийской научно-методической конференции, Воронеж, 17 апреля 2024 года. – Воронеж: Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова, 2024. – С. 109-113. – DOIhttps://doi.org/10.58168/PBST_109-113. EDN: https://elibrary.ru/CHTWTG
4. ГОСТ 2.307–2011. Единая система конструкторской документации. Нанесение размеров и предельных отклонений. – Введ. 2012–09–01. – М: Стандартинформ, 2012. – 23 с.
5. ГОСТ 25346–2013 (ISO 286-1:2010). Основные нормы взаимозаменяемости. Единая система допусков и посадок. Общие допуски, поля допусков и предельные отклонения. – Введ. 2015–01–01. – М: Стандартинформ, 2014. – 36 с.
