Кинематические возможности погрузочных манипуляторов на базе пространственных механизмов

4. Dronova, T.N. Innovacionnaja tehnologija vozdelyvanija polividovyh posevov mnogoletnih trav na oroshaemyh zemljah [Tekst] / T.N. Dronova, N.I. Burceva, S.Ju. Nevezhin // Zemledelie, 2014.- №8. - P.3G-33.

5. Dronova, T.N. Vozdelyvanie ovsjanicy trostnikovoj na oroshaemyh zemljah Nizhnego Pov-olzh'ja [Tekst] / T.N. Dronova, N.I. Burceva, I.P. Ivina // Kormoproizvodstvo, 2014. - №9. - P. 26-28.

6. Kruzhilin, A.S. Biologicheskie osobennosti i produktivnost' oroshaemyh kul'tur [Tekst] / A.S. Kruzhilin. - M.: Kolos, 1977. - 304 p.

7. Melihov, V.V. Programmirovannoe vozdelyvanie kukuruzy na oroshaemyh zemljah Nizh-nego Povolzh'ja [Tekst] / V.V. Melihov, Ju.P. Danilenko, A G. Bolotin // Zemledelie, 2011. - №2. -P.9-11.

8. Sabinin, D.A. Izbrannye trudy po mineral'nomu pitaniju rastenij [Tekst] / D.A. Sabinin. -M.: Nauka, 1971. - 512 p.

9. Ustenko, G.P. Fotosinteticheskaja dejatel'nost' rastenij v posevah kak osnova formirovanija vysokih urozhaev [Tekst] / G.P. Ustenko // Fotosintez i voprosy produktivnosti rastenij: Sb. nauchn. tr. - M.: izd-vo AN SSSR, 1963. - P.37-70.

10. Shatilov, I.S. Principy programmirovanija urozhajnosti polevyh kul'tur [Tekst] / I.S. Shati-lov // Biologicheskie osnovy oroshaemogo zemledelija: Sb. nauchn. trudov. - M.: Nauka, 1974. - P. 65-73.

11. Shekun, G.M. Kul'tura sorgo v SSSR i ejo biologicheskie osobennosti [Tekst] / G.M.Shekun. - M.: Kolos, 1964. - 140 p.

12. Shepel', N.A. Sorgo / N.A. Shepel' // Volgograd: komitet po pechati, 1994. - 448 p.

13. Shorin, P.M. Saharnoe sorgo [Tekst] / P.M. Shorin. - M.:Kolos, 1976. - 80 p.

E-mail: vniioz@yandex.ru

УДК 621.865.8

КИНЕМАТИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОГРУЗОЧНЫХ МАНИПУЛЯТОРОВ НА БАЗЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ МЕХАНИЗМОВ

LOADING MANIPULATOR ON THE BASIS OF SPATIAL MECHANISMS

KINEMATICAL POSSIBLITIES

В.И. Пындак, доктор технических наук, профессор Н.С. Воробьева, кандидат технических наук, доцент С.Д. Фомин, кандидат технических наук, доцент

V.I. Pyndak, N.S. Vorobyeva, S.D. Fomin

Волгоградский государственный аграрный университет Volgograd state agrarian university

Малоземельные хозяйства нуждаются в навесных на самоходные шасси и гидронавеску тракторов грузовых устройствах. Такими устройствами могут быть шарнирно-стержневые погрузочные манипуляторы на базе пространственных механизмов, но их возможности нуждаются в дальнейшем изучении. Пространственный приводной механизм формируется из коренной секции стрелы (ведомое звено) и двух расположенных под углом друг к другу гидроцилиндров, которые обеспечивают подъём (изменение вылета) стрелы в вертикальной плоскости и ее разворот на определенные углы в горизонтальной плоскости. Обобщенными координатами механизма являются углы ф и у поворота стрелы соответственно в вертикальной и горизонтальной плоскости. Пространственный приводной механизм может попадать в мертвое положение при неудачно выбранных размерах (при ymax), когда все звенья располагаются на одной плоскости. Для определения кинематических возможностей этой пространственной структуры введено понятие условных размеров, приведенных к начальной длине 10 гидроцилиндров, например, а* = а/10, где a - половина расстояния между опорами цилиндров. Установлено, что углы у < 880 следует считать обоснованными. В экспериментальном тракторном манипуляторе ymax = 80°. Представлены схемы пространственного механизма и стрелового погрузочного манипуля-

тора на его базе. Обобщенными координатами структуры являются углы ф и у поворота стрелы соответственно в вертикальной и горизонтальной плоскости. На основе построенных номограмм установлены предельные значения углов ф и у.

Smallholder farms require hinged on self-propelled chassis and hydro-attachment of truck tractors devices. Such devices can be hinged-rod loading manipulators on the basis of spatial mechanisms, but their ability requires further researches. Spatial actuating mechanism is formed from radical boom section (driven part), and two angled cylinders to one another, which provide crane arm lift (crane span change) in the vertical plane and its reversal at certain angles in a horizontal plane. Generalized mechanism coordinates are the angles ф and у of arm rotation, respectively, in the vertical and horizontal planes. Spatial drive mechanism may fall into the dead center position at poorly chosen size (if ymax), when all units are located on the same plane. To determine the kinematic features of the spatial structure we introduced the concept of conventional dimensions brought to the initial length l0 of hydraulic cylinders, for example, a* = a/l0, where a is the half distance between the cylinder supports. It was found that the angles у < 880 must be justified. In the experimental tractor manipulator ymax equals 800. The schemes of spatial mechanism and the loading boom arm at its base are given here. Generalized coordinates structures are the angles ф and у of rotation arrows, respectively, in the vertical and horizontal planes. On the basis of constructed nomografic charts the limits of the angles ф and у were established.

Ключевые слова: погрузочный манипулятор, пространственный механизм, кинематика, обобщенные координаты, кинематические возможности.

Key words: loading manipulator, the spatial mechanism, kinematics, generalized coordinates, kinematic features.

Введение. В связи с возрастанием количества малоземельных фермерских хозяйств, появляется необходимость в навесных на самоходные шасси типа Т-16М и гидронавеску тракторов грузовых устройствах для погрузочно-транспортных и вспомогательных работ. Такими устройствами могут быть простые и относительно легкие шарнирно-стержневые погрузочные манипуляторы на базе пространственных приводных механизмов [8, 3, 4, 6]. Их кинематические возможности нуждаются в дальнейшем изучении.

Наряду с шарнирно-стержневыми манипуляторами, получают развитие и телескопические пространственные структуры, названные как манипуляторы-триподы и агрегатируемые преимущественно с самоходными шасси [4, 6, 10]. Но их возможности дополнительно раскрываются в [2, 3, 9].

Материалы и методы. Постановка цели исследования, задач и их техническое решение основывались на логической обработке известной информации, содержащей сведения о патентах, научно-технических эффектах и основных приёмах устранения научно-технических противоречий.

При аналитических исследованиях механизма использовали математический аппарат, изложенный, например, в [4, 5].

Результаты и обсуждение. В обобщенном виде схема шарнирно-стержневого манипулятора с двухзвенной грузовой стрелой представлена на рисунке 1. Здесь пространственный приводной механизм формируется из участка ОС коренной секции стрелы OD (ведомое звено), а ведущими звеньями являются два расположенные под углом друг к другу гидроцилиндра АС и ВС.

Эти гидроцилиндры являются опорой и единственным средством для подъема (изменения вылета) стрелы в вертикальной плоскости и ее разворота на определенные углы в горизонтальной плоскости. Для этого опорный шарнир О стрелы и шарниры А и В гидроцилиндров имеют две степени свободы. Специальный шарнир С, соединяющий и обеспечивающий подвижность трех звеньев (объект многих изобретений), имеет не менее четырех степеней свободы.

ИЗВЕСТИЯ"

№ 1 (41), 2016

Рисунок 1 - Схема манипулятора с пространственным механизмом

Рисунок 2 - Схема действия и основные размеры механизма

Обобщенными координатами пространственного механизма являются углы ф и у поворота стрелы соответственно в вертикальной и горизонтальной плоскости. Углы у являются лимитирующими; обе обобщенные координаты зависят от соотношения размеров пространственного механизма, в частности от расстояния 2а между опорами гидроцилиндров (рисунок 2).

Установлено [3], что пространственный приводной механизм может попадать в мертвое положение, когда все звенья механизма располагаются на одной плоскости OAB (плоскость П). Такое явление возможно при неудачно выбранных размерах: при развороте стрелы в горизонтальной плоскости на максимальные углы у. В этом случае разворот стрелы сопровождается ее опусканием.

Для определения кинематических возможностей пространственной структуры введено понятие условных размеров, приведенных к начальной длине 10 гидроцилиндров (рисунок 2):

а* = а/10; Ъ* = b/l0; с* = с/10 и др.

Построены номограммы - изменение обобщенных координат ф и у при а* = const (для конкретных вариантов) и варьировании размерами Ъ* и с* (рисунок 3).

а)

77 75 15 16 13 12 „»

5)

Рисунок 3 - Номограмма для определения размеров механизма а* = 0,45

193

Например, при а*=0,45 и изменении размеров Ь* и с* (рисунок 3) выявлены следующие особенности:

1) углы у горизонтального разворота стрелы возрастают по мере уменьшения размеров Ь* и с* (углы у>1000 «отсечены» как нереальные);

2) в этих условиях на конечных участках траектории происходит «падение» стрелы, что выражается в интенсивном уменьшении углов ф подъёма стрелы в вертикальной плоскости, это провоцирует попадание структуры в мертвое положение;

3) по этой причине минимальные значения размеров Ъ* (рисунок 2) в диапазоне 0,2-0,3 целесообразно «отбросить»;

4) благодаря этому, будет упразднено интенсивное нарастание углов у горизонтального разворота (при названных значениях Ь*), сопровождающееся увеличением

„ а2-ф

ускорений что подтверждено экспериментально;

5) углы у<88 , соответствующие Ъ* = 0,5 и с* = 0,3, следует признать обоснованными и исключающими «падение стрелы»;

6) пример пользования представленной номограммой показан на рисунке 3, построен также ряд других номограмм.

Заключение. Аналитическое и экспериментальное исследование позволило определить углы, исключающие «падение» стрелы и мертвые положения. При экспериментальных исследованиях тракторного манипулятора с пространственным приводным механизмом было принято = 80о, при этом нарастание ускорений и «падение» стрелы не происходило, мертвые положения не наблюдались.

Библиографический список

1. Балакин, П.Д. Схемное решение механизма пространственного механизма [Текст] / П.Д. Балакин, А.Х. Шамутдинов // Омский научный вестник. - 2012. - № 2. - С. 12-18.

2. Дяшкин-Титов, В.В. Разработка методов расчета манипулятора - трипода на поворотном основании [Текст] : автореферат дис.... кандидат технических наук /В.В. Дяшкин-Титов. - Волгоград, 2014. - 20 с.

3. К определению зоны обслуживания мобильного манипулятора - трипода [Текст] /В.М. Герасун, И.А. Несмиянов, Н.С. Воробьева [и др.] //Машиностроение и инженерное образование. - 2013. - №3. - С. 2-8.

4. Кривельская, Н.В. Совершенствование сельскохозяйственных шарнирно-стержневых манипуляторов с пространственным приводным механизмом [Текст] : монография / Н.В. Кривельская, В.И. Пындак. - Волгоград: ИПК «Нива», 2010. - 104 с.

5. Пындак, В.И. Обоснование и принципы создания мобильных грузоподъёмных средств на базе пространственных механизмов для работы в сельском хозяйстве [Текст] : автореферат дис....доктора технических наук / В.И. Пындак. - М.,1991. - 41 с.

6. Пындак, В.И. Теоремы аналитической геометрии и их приложение к исследованию шарнирно - стержневых механизмов и манипуляторов [Текст] / В.И. Пындак // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2011. - №1 (27). - С. 166-172.

7. Пындак, В.И. Расширение функциональных возможностей гидроманипуляционных систем [Текст] / В.И. Пындак, Н.С. Воробьева, И.А. Несмиянов // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2015. - №3 (39). - С. 158-162.

8. Теория механизмов и машин [Текст] : учеб. пособие для студ. высш. учеб. завед. / М.З. Коловский, А.Н. Евграфов, Ю.А. Семенов, А.В. Слоущ. - М.: Изд. центр «Академия», 2006. - 560 с.

9. Ширинкин, М.А. Структурный анализ механизмов параллельной структуры с четырьмя и шестью степенями свободы [Текст] / М.А. Ширинкин // Машиностроение и инженерное образование. - 2011. - № 2. - С. 17-21.

10. Harris D.M.J. A Hidraulic Parallel-Linkage Robot. // DC Word Congress on the TMM. Pr. Milano, Italy. 1995. P. 1695-1699.

Reference

1. Balakin P.D. Shemnoe reshenie mehanizma prostranstvennogo mehanizma/ P.D. Balakin, A.H.Shamutdinov // Omskij nauchnyj vestnik-2012 - № 2. - p. 12-18.

2. Djashkin-Titov, V.V. Razrabotka metodov rascheta manipuljatora - tripoda na povorotnom

osnovanii: Avtoreferat dis____kandidat tehnicheskih nauk /V.V.Djashkin-Titov. - Volgograd, 2014. -

20 p.

3. Kolovskij M.Z., Evgrafov A.N., Semenov Ju.A., Sloushh A.V. Teorija mehanizmov i mashin: ucheb. posobie dlja stud. vyssh. ucheb. zaved. - M.: Izd. centr «Akademija», 2006. - 560 p.

4. K opredeleniju zony obsluzhivanija mobil'nogo manipuljatora - tripoda /V.M. Gerasun, I.A. Nesmijanov, N.S. Vorob'eva [i dr.] //Mashinostroenie i inzhenernoe obrazovanie. - 2013. - №3. -p.2-8.

5. Krivel'skaja, N.V. Sovershenstvovanie sel'skohozjajstvennyh sharnirno-sterzhnevyh manipuljatorov s prostranstvennym privodnym mehanizmom: Monografija / N.V. Krivel'skaja, V.I. Pyndak.- Volgograd: IPK «Niva», 2010. - 104 p.

6. Pyndak, V.I. Obosnovanie i principy sozdanija mobil'nyh gruzopod#jomnyh sredstv na baze prostranstvennyh mehanizmov dlja raboty v sel'skom hozjajstve: Avtoreferat dis_.doktora tehnicheskih nauk / V.I.Pyndak. - M.,1991. - 41 p.

7. Pyndak, V.I. Teoremy analiticheskoj geometrii i ih prilozhenie k issledovaniju sharnirno -sterzhnevyh mehanizmov i manipuljatorov / V.I.Pyndak // Izvestija Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa. - 2011. - №1. - P.166-172.

8. Pyndak, V.I. Rasshirenie funkcional'nyh vozmozhnostej gidromanipuljacionnyh sistem / V.I. Pyndak, N.S. Vorob'eva, I.A. Nesmijanov // Izvestija Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa. - 2015. - №3. - P.158-162.

9. Shirinkin, M.A. Strukturnyj analiz mehanizmov parallel'noj struktury s chetyr'mja i shest'ju stepenjami svobody // Mashinostroenie i inzhenernoe obrazovanie, 2011. - №2. - P.17-21.

10.Harris D.M.J. A Hidraulic Parallel-Linkage Robot. // DC Word Congress on the TMM. Pr. Milano, Italy. 1995. P. 1695-1699.

E-mail: mehanika33@mail.ru

УДК 631.432:546

СОХРАНЕНИЕ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВЫ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ МЕХАНИЗИРОВАННОГО ВНЕСЕНИЯ ТУКОНАСЫЩЕННОГО ГИДРОГЕЛЯ

SOIL FERTILITY CONSERVATION BY USING DIFFERENT TYPES OF FERTILIZER SATURATED HYDROGEL MECHANIZED APPLICATION

А.Н. Цепляев, доктор сельскохозяйственных наук, профессор В.В. Тимошенко, аспирант

A.N. Tseplyaev, V.V. Timoshenko

Волгоградский государственный аграрный университет Volgograd state agrarian university

В данной статье рассматриваются различные способы механизированного внесения такого химического вещества, как гидрогель. Последние несколько десятилетий ведутся работы по улучшению агрохимических свойств почвы. Достигается это, в основном, путем внесения минеральных удобрений. С их помощью имеется возможность корректировать нехватку питательных элементов в почве и повышать её плодородие. Однако, стоит отметить, что ежегодное использование минеральных удобрений ведет и к негативному влиянию, а также к снижению экологической безопасности почв. Поэтому нами предлагается использование влагоудерживающего гидрогеля, способного накапливать и удерживать влагу и питательные