УДК 621.01:534
КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО МАКЕТА
САМОНАСТРАИВАЮЩЕГОСЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ДЕМПФЕРА
Нгуен Мань Дык1
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет,
664074, 3.
Излагаются результаты исследований по расчету и конструированию экспериментального макета самонастраивающегося гидравлического демпфирующего устройства, обладающего свойством самонастройки при изменениях масс и скоростей движения исполнительных механизмов, и использующегося для пневматического промышленного робота МП–9С.
Ил. 3. Библиогр. 3 назв.
Ключевые слова: расчет демпфера; демпфирование; гидравлический демпфер; самонастройка; экспериментальный макет.
DESIGN AND CALCULATION OF EXPERIMENTAL MODEL OF SELF-ADJUSTED HYDRAULIC DAMPER
Nguen Man Dykh
National Research Irkutsk State Technical University,
83 Lermontov St., Irkutsk 664074
The article presents the results of calculation and design of the experimental model of the self-adjusted hydraulic damper which can self-adjust when masses and speeds of actuating mechanisms change and can be used for the pneumatic industrial robot MP-9С.
Illustrations: 3 figs. Sources: 3 refs.
Keywords: damper calculation, damping, hydraulic damper, self-adjustment, experimental model.
Актуальной проблемой создания мехатронных систем является обеспечение высокого быстродействия и точности исполнительных механизмов при изменениях масс и скоростей движения исполнительных механизмов и обеспечивающих торможение в двух направлениях. Эффективным средством её решения является использование гидравлических демпфирующих устройств [1, 2]. В настоящей статье излагаются результаты исследований по расчету и конструированию экспериментального макета самонастраивающегося гидравлического демпфирующего устройства для пневматического промышленного робота МП–9С.
Расчет основных параметров гидравлического демпфера для поступательного движения руки (рис. 1) произведен. Исходными данными для расчета являются следующие параметры:
и 
– соответственно максимальное и минимальное значения в момент касания начальной скорости движущихся частей исполнительного механизма вместе с грузом и штоком демпфера;
и 
(не больше 
– 4 кг) – соответственно максимальная и минимальная масса движущихся частей исполнительного механизма вместе с грузом и штоком демпфера;
– установившаяся скорость движущихся частей исполнительного механизма вместе с грузом и штоком демпфера в момент позиционирования;
– допустимое значение ускорения на участке торможения при ударе исполнительного механизма об упор в момент торможения ограничим условиями прочных элементов конструкции.
Для условия упрощения изготовления экспериментального макета из технологических соображений ограничим минимальный диаметр проходного отверстия величиной
= 
.
Задавший диаметр поршня 
= 
, определим его площадь
.
Определим перепад давлений на поршне
. (1)
Конструктивные размеры остальных элементов определим из конструкции.
Диаметр поршня выбран 
ширина поршня 
диаметр штока 
.
Рис. 1. Основные размеры самонастраивающегося гидравлического демпфера
Определяем размеры плунжера демпфера (рис. 2).
Эффективная площадь плунжера
где 
, 
– площади фланцев 10 и 11 плунжера, принимаем 
и 
= 
= 
, по формуле
,
получим 
.
Отсюда
и 
;
Ширина фланцев 10 и 11 плунжера
;.
Рис. 2. Основные размеры плунжера демпфера
Межосевые расстояния оси штока и отверстий в поршне для прохода гидрожидкости
.
Определяем размеры корпуса демпфера.
Толщина стенки корпуса определяется по формуле Лямэ [3]
, (2)
где [σ] – допустимое напряжение растяжения материала цилиндра, для стали 30ХГСА ГОСТ 8732 - 78* [σ] = 200 Па;
p = 1,2pmax – расчетное давление, Па (здесь pmax – максимальное давление, pmax = 3 МПа).
При этом
,
принимаем 
.
Толщина дна корпуса, обеспечивающего крепежное требование винтами
,
принимаем 
.
Величина хода штока демпфера примем равным тормозного пути
размер между ступеньками корпуса
внешний диаметр корпуса
длина корпуса
суммарная длина крепежной части уплотнения резины
Определим уточненное значение площади проходного отверстия из формулы
, (3)
принимая 
, получим
.
Отсюда получим радиус проходного отверстия
.
Определим минимальную площадь проходного сечения по формуле
, (4)
где 
, получим
Определим максимальную величину перемещения плунжера демпфера 
при принятом круглом сечении проходного отверстия радиуса 
. В этом случае минимальная площадь проходного сечения будет определяться
. (5)
Приравнивая значения выражений (5) и (4), учитывая, что 
, получим
. (6)
После ряда преобразований из выражения (6) получим значение угла 
рад, соответствующее 
.
Определение суммарного коэффициента жесткости пружины плунжера (рис. 3).
.
Рис. 3. Пружина сжатия с поджатыми на один виток концами и шлифованными
на 
окружности опорными поверхностями
Определение параметров пружины:
Данные пружины плунжера 11 и 12 имеют жесткость K1, тогда K1 =
= 8,4 Н/м.
С целью уменьшения размеров канала плунжера ограничим число рабочих витков пружины, исходя из условия: если K1 < 3, то число рабочих витков пружины n = 2, а если больше, то n = 4. Поэтому выбираем n = 4.
Жесткость одного витка пружины k3
.
Так как демпфер, рассчитываемый в данной работе, действует с небольшими массами, тогда пружина будет испытывать безударные воздействия с числом деформации менее 100 в минуту, ее следует отнести ко 2-му классу и 1-му разряду. По таблице C. 6 ГОСТ 13770-86 с. 8/16 определяем, что найденному диапазону приближенных значений жесткости одного витка 
соответствует пружине № 000 со следующими характеристиками: 
= 26,5Н – сила при максимальной деформации; d = 0,6 мм – диаметр проволоки: 
= 4,0 мм – диаметр пружины; 
= 32,31 Н/мм – жесткость одного витка; f3 = 0,82 мм – наибольший прогиб одного витка.
Учитывая жесткость одного витка k3 данной пружины, определим число рабочих витков, обеспечивающих расчетную жесткость К1, пружины плунжера
.
Полученное значение n округляем до целого числа и с учетом этого пересчитываем К1 = k3 / n. Число опорных витков n2 = 1,5, что соответствует зашлифовке на 
витка с каждого торца пружины. Полное число витков будет равно: n1 = n + n2.
Высота недеформированной пружины вычисляется по формуле
.
Ширина полости хода каждого фланцев плунжера:
;
.
Ширина полости хода фланцев плунжера
.
Диаметр крепежного узла duz пружины определяется из условия наличия зазора z между пружиной и стенками узла. Дня этого демпфера z = 1 мм. Тогда
duz = D1 + 2.z = 6 мм.
Остальные параметры демпфера определялись при его конструктивной проработке с учетом технологии изготовления.
По результатам расчетов разработаны чертежи и изготовлен экспериментальный макета самонастраивающегося гидравлического демпфирующего устройства и проведено экспериментальное исследование.
Библиографический список
1. Кузнецов и исследование гидравлического демпфера с переменным сопротивлением // Управляемые механические системы. – Иркутск: Изд-во ИПИ, 1981. – С. 118–125.
2. Нгуен самонастраивающегося гидравлического демпфера // Молодежный вестник ИрГТУ. – 2011. – №2.
3. Копырин и гидравлические машины. – М.: Высш. шк., 1961. – 302 с.
1 Нгуен Мань Дык, аспирант кафедры конструирования и стандартизации в машиностроении, e-mail: *****@***com
Nguen Man Dykh, a postgraduate of Design and Standardization in Mechanical Engineering Department, e-mail: *****@***com
