maplantsМашины и установки: проектирование, разработка и эксплуатацияMachines and Plants: Design and Exploiting2412-592XМОО "Стратегия объединения"maplants-23Research ArticleМАШИНОВЕДЕНИЕMACHINE SCIENCEГидропневматическая подвеска стабилизированной по горизонту грузовой платформыA Hydro-pneumatic Suspension of the Horizontally Balanced Loading PlatformПильгуновВ. Н.Pil'gunovV. N.

Moscow

noemail@neicon.ruЕфремоваК. Д.EfremovaK. D.

Moscow

efremova.k.d@gmail.comМГТУ им. Н.Э. БауманаРоссияBauman Moscow State Technical UniversityRussian Federation201517062016051332Copyright © Пильгунов В.Н., Ефремова К.Д., 20162016Пильгунов В.Н., Ефремова К.Д.Pil'gunov V.N., Efremova K.D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.maplants-journal.ru/jour/article/view/23

Исследована возможность создания гидропневматической подвески грузовой платформы, обеспечивающей пониженное значение угловых отклонений платформы от ее штатного горизонтального положения при смещении центра масс расположенного на ней груза от вертикальной оси платформы. Предложена гидравлическая схема подвески с перекрёстным соединением поршневых и штоковых полостей гидроцилиндров и компенсацией дифференциальности гидроцилиндров посредством газожидкостных гидроаккумуляторов. Разработана математическая модель гидропневматической подвески и методика ее расчета. Проведена оценка влияния начального объема газовой полости гидроаккумуляторов, номинального давления питания гидравлической системы и дифференциальности гидроцилиндров на качество стабилизации платформы по горизонту. Даны рекомендации по оптимизации параметров гидропневматической подвески по критерию «жесткость подвески - качество стабилизации по горизонту». DOI: 10.7463/aplts.0515.0821039

The subject of research is the horizontally balanced loading platform on soft suspension.

Deviation from the horizontal direction of the platform can be caused by:

- Displacement of the gravity centre of main unit load placed on it from the vertical axis of the platform;

- Displacement of the mass centre of the load dispersed on the platform plane from its vertical axis;

- Adding a load which gravity centre does not coincide with the gravity centre of the main load.

In specific cases the use of complex and expensive tracking systems of high accuracy to balance loading platforms horizontally can be justified, e.g. when mounting the optical measuring or observation systems on a platform.

The aim is to assess the possibility to use the soft hydro-pneumatic suspension with a low power supply unit to provide horizontal balance of platform.

The paper offers a soft hydro-pneumatic suspension design of the rectangular loading platform based on four differential hydraulic cylinders to be the supports for two diagonal beams of the platform.

The head and rod ends of each pair of the beam hydro-cylinders are cross-pipe connected, and to compensate for a difference between the volumes of head and rod ends of cylinders because of their differentiality, there are hydraulic bag-type accumulators installed in the hydraulic suspension system.

The research technique involves the development of a mathematical model of the loading platform hydro-pneumatic suspension followed by its approbation using numerical methods. The paper presents algorithms of engineering analysis of parameters and structural dimensions of hydraulic suspension components.

In order to assess the adequacy of the developed mathematical model of a hydro-pneumatic suspension the paper studiesthe an effect of the following factors on the quality of the platform stabilization in the horizon:

 initial volume values of the gas chamber of hydraulic accumulators;

 pressure level of initial pressurization of hydraulic accumulators with nitrogen;

 differentiality degree of the suspension cylinders;

 value of the gravity centre displacement with respect to the vertical axis of platform;

 additional loading of the platform by the load undisplaced with respect to the vertical axis of platform.

In the context of calculating a hydro-pneumatic suspension of the platform loading diagonal beam of 2 m length, weighing 500 kg, with a load of 5,000 kg was shown that at the greatest displacement of the load gravity centre to the edge of the beam a deviation of the beam relative to the horizon is one angular degree, at most.

The work deals with creating the soft stabilized platform suspensions for stationary systems and mobile units.

As a result, a developed mathematical model allows the following:

- to show the theoretical possibility to create a soft hydro-pneumatic suspension of the loading platform based on four differential hydro-cylinders and four hydraulic accumulators to provide an acceptable accuracy of the loading platform balance in the horizon when the mass centre of the load placed on it is displaced with respect to the vertical axis of the platform;

- to find that the initial stiffness of the hydro-pneumatic suspension, defined by parameters of its hydraulic system, has little effect on the quality of the platform balance in the horizon.

гидропневматическая подвеска грузовой платформыстабилизация грузовой платформы по горизонтуперекрестное соединение полостей пары гидроцилиндровкомпенсация дифференциальности гидроцилиндровhydro-pneumatic loading platform suspensionplatform’s horizontal stabilizationcrosspipe connection between chambers of the cylinderscylinder’s difference compensationReferencesЖеглов Л.Ф. Автоматические системы подрессоривания: учебное пособие. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. 48 с.Zheglov L.F. Avtomaticheskie sistemy podressorivaniya [Auto cushioning system]. Moscow, Bauman MSTU Publ., 2001. 48 p. (in Russian).Масси П. Активные (регулируемые) подвески. пер. с англ. // Сб. перев. М.: ВАБТВ, 1979, С. 12-17.Massi P. Aktivnye (reguliruemye) podveski [Active (adjustable) suspension]. Moscow, VABTV, 1979, pp. 12-17. (in Russian).Depres K., Martens K., Ramon H. Comfortimprovementbypassive and semi-active hydropneumatic suspension using global optimization technique // American control conference. USA : Auchorage, 2002.Depres K., Martens K., Ramon H. Comfortimprovementbypassive and semi-active hydropneumatic suspension using global optimization technique. American control conference. USA, Auchorage, 2002.Котиев Г.О., Сарач Е.Б. Комплексное подрессоривание высокоподвижных двухзвенных гусеничных машин. М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2010. 184 с.Kotiev G.O., Sarach E.B. Kompleksnoe podressorivanie vysokopodvizhnykh dvukhzvennykh gusenichnykh mashin [Complex cushioning of highly mobile two-element caterpillar machines]. Moscow, Bauman MSTU Publ., 2010, 184 p. (in Russian).Смирнов А.А. Математическое моделирование пневмогидравлических устройств систем подрессоривания транспортных средств: дис. … канд. техн. наук. М., 1999. 179 с.Smirnov A.A. Matematicheskoe modelirovanie pnevmogidravlicheskikh ustroistv sistem podressorivaniya transportnykh sredstv. Kand. diss. [Mathematical modeling of hydropneumatic devices of the suspension systems of vehicles. Cand. diss]. Moscow, 1999, 179 p. (in Russian).El Demerdash S.M., Crolla D.A. Hydropneumatic slow-active suspension with preview control // Vehicle System Dynamics. 1996. Vol. 25. Iss.5, pp. 369-386. DOI:10.1080/00423119608968972El Demerdash S.M., Crolla D.A. Hydropneumatic slow-active suspension with preview control. Vehicle System Dynamics. 1996, Vol. 25, Iss.5, pp. 369-386. DOI: 10.1080/00423119608968972Giliomee C.L., Els P.S. Semi-active hydropneumatic spring and damper system // Journal of Terramechanics. 1998. Vol. 35. Iss. 2. P. 109-117.Giliomee C.L., Els P.S. Semi-active hydropneumatic spring and damper system. Journal of Terramechanics, 1998, Vol. 35, Iss. 2, pp. 109-117.Schuman A.R., Anderson R.J. Optimal control of an active antiroll suspension for an off road utility vehicle using interconnected hydragas suspension units // Vehicle System Dynamics. 2002. Vol. 37. Helf Suppl., P. 145-156Schuman A.R., Anderson R.J. Optimal control of an active antiroll suspension for an off road utility vehicle using interconnected hydra-gas suspension units. 17th IAVSD symposium “The dynamics of vehicles on roads and on tracks”. Lyngby, Denmark, August 20–24, 2001. Supplement to J. Vehicle System Dynamics, 2002, vol. 37, pp. 145–156.Пильгунов В.Н., Ефремова К.Д. Копирующий пневмопривод // Инженерный журнал: наука и инновации. 2013. №4 (16). DO I: 10.18698/2308-6033-2013-4-686Pil'gunov V.N., Efremova K.D. Copying actuator. Inzhenernyy zhurnal: nauka i innovatsii = Engineering Journal: Science and Innovation, 2013, no.4. (in Russian). DOI: 10.18698/2308-6033-2013-4-686Дубинин В. В., Ильин М. М., Колесников К. С. и др. Курс теоретической механики: учебник для вузов / Под общ. ред. К.С. Колесникова. М. Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. 735 с .Dubinin V. V., Il'in M. M., Kolesnikov K. S., ed. Kurs teoreticheskoi mekhaniki [The course of theoretical mechanics]. Moscow, Bauman MSTU Publ., 2000, 735 p. (in Russian).Bauer W. Hydropneumatisch Federungssysteme . Berlin Heidelberg New York: Springer-Verlag, 2008. 218 p.Bauer W. Hydropneumatisch Federungssysteme. Berlin Heidelberg New York, SpringerVerlag, 2008, 218 p. (in German).Ефремова К.Д., Пильгунов В.Н. Гидропневматическая подвеска горизонтальной балки грузовой платформы // Вестник МГТУ. Сер. Машиностроение. 2014. №6. C . 73-84.Efremova K.D., Pilgunov V.N. An Hydro-Pneumatic Suspension for a Horizontal Balance Beam of the Loading Platform. Vestnik MGTU im. N.E. Baumana. Ser. Mashinostroenie = Herald of the Bauman MSTU. Ser. Mechanical Engineering, 2014, no.6, pp.73-84. (in Russian).Башта Т.М., Руднев С.С., Некрасов Б.Б.. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов / 2-е издание, перераб. М.: Высшая школа , 1991. 367 с.Bashta T.M., Rudnev S.S., Nekrasov B.B.. Gidravlika, gidromashiny i gidroprivody. [Hydraulics, hydraulic machines and hydraulic drives]. Moscow, Vysshaya shkola, 1991. 367 p. (in Russian).Moreau X., Nouillant C., Oustaloup A. Global and local suspension controls applied to vehicle braking on roads // ECC. Europ.Control Conf., 2001. P. 3642-3647.Moreau X., Nouillant C., Oustaloup A. Global and local suspension controls applied to vehicle braking on roads. ECC. Europ.Control Conf., 2001. pp. 3642-3647.Waller R., Naf W. Hydropneumatisches Querfeder - und Dampfungssystem fur Schienenfarzeuge // O + P. Olhydraulik und Pneumatik . 1997.41. Nr.10, S. 740-742.Waller R., Naf W. Hydropneumatisches Querfeder – und Dampfungssystem fur Schienenfarzeuge. O + P. Olhydraulik und Pneumatik, 1997, No.41, iss.10, pp. 740-742. (in German).Нагорный В.С., Денисов А.А. Устройства автоматики гидро-и пневмосистем: учебное пособие для техн. вузов. М.: Высшая школа, 1991. 367 с.Nagornyi V.S., Denisov A.A. Ustroistva avtomatiki gidro-i pnevmosistem [Automation of hydraulic and pneumatic systems]. Moscow, Vysshaya shkola, 1991, 367 c. (in Russian).Дмитриев В.И., Градецкий В.Г. Основы пневмоавтоматики. М.: Машиностроение, 1973. 360 с.Dmitriev V.I., Gradetskii V.G. Osnovy pnevmoavtomatiki [Fundamentals of pneumatic automation], Moscow, Mashinostroenie Publ., 1973, 360 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.