Forestry Engineering Journal Forestry Engineering Journal Лесотехнический журнал 2222-7962 72925 10.34220/issn.2222-7962/2023.3/13 uuunoq Технологии. Машины и оборудование TECHNOLOGIES. MACHINERY AND EQUIPMENT Технологии. Машины и оборудование Substantiation of a perspective scheme of a crank hydraulic motor for a hydraulic drive of a turntable of a logging truck manipulator Обоснование перспективной схемы кривошипного гидромотора для гидропривода опорно-поворотного устройства манипулятора лесовозного автопоезда Посметьев Валерий Иванович Posmetev Valeriy Ivanovich posmetyev@mail.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Никонов Вадим Олегович Nikonov Vadim Olegovich 8888nike8888@mail.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Посметьев Виктор Валерьевич Posmetev Viktor Valer'evich kafedramehaniza@mail.ru

кандидат физико-математических наук;

candidate of physical and mathematical sciences;

 Зеликов Владимир Анатольевич Zelikov V. A. zelikov-vrn@mail.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Попиков Петр Иванович Popikov Petr Ivanovich popikovpetr@yandex.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Колодий Петр Владимирович Kolodiy Petr Vladimirovich pkolody@mail.ru

кандидат сельскохозяйственных наук;

candidate of agricultural sciences;

 Михайлов Александр Александрович Mihailov Aleksandr Aleksandrovich mikhaylov_a.a@mail.ru Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова Россия Voronezh State University of Forestry and Technologies Russian Federation Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова Voronezh State University of Forestry and Technologies named after G.F. Morozov Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова RU FSBE Institution of Higher Education Voronezh State University of Forestry and Technologies named after G.F. Morozov RU Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины Francisk Skorina Gomel State University Ростовский государственный университет путей сообщения Rostov State University of Means of Communication 27 12 2023 27 12 2023 13 3 180 199 12 04 2023 12 11 2023 http://lestehjournal.ru/en/journal/2023/no-3-51/substantiation-perspective-scheme-crank-hydraulic-motor-hydraulic-drive

Задача повышения эффективности гидроманипуляторов с традиционными механизмами поворота колонны, устанавливаемых на лесовозных автопоездах, может быть решена установкой поворотных механизмов колонны с кривошипными гидромоторами от гидроцилиндров. Варианты расположения гидроцилиндров в кривошипном гидромоторе исследовались графоаналитически определением касательных и радиальных усилий, действующих на поворотную колонну гидроманипулятора. Вначале выполнялись расчеты на основе методов статики для оценки действия усилий на штоках гидроцилиндров в рабочих положениях механизма поворота колонны. После при помощи системы автоматизированного проектирования КОМПАС осуществлялось построение круговых диаграмм касательных и радиальных усилий рассматриваемых вариантов расположения гидроцилиндров в кривошипном гидромоторе. Далее в программе Microsoft Excel осуществлялось построение графиков изменения касательных усилий, действующих на поворотную колонну гидроманипулятора. Наилучшим вариантом воздействующих усилий на подшипники, в которых проворачивается колонна, обладают схемы с пятью и шестью гидроцилиндрами. Диапазоны изменения радиальных усилий для них составили соответственно от 3,32 до 22,07 кН и от 11,175 до 11,297 кН, а касательных усилий – от 257,893 до 285,274 кН и от 300,471 до 354,059 кН, что может быть использовано при проектировании новых конструкций приводов для поворота колонн гидроманипуляторов. Для практической реализации предлагаемой конструкции кривошипного гидромотора планируется на основе имитационного моделирования осуществить рациональный выбор месторасположения гидроцилиндров кривошипного гидромотора на раме лесовозного автопоезда.

The task of increasing the efficiency of hydraulic manipulators with traditional column turning mechanisms installed on logging road trains can be solved by installing column turning mechanisms with crank hydraulic motors from hydraulic cylinders. Variants of the arrangement of hydraulic cylinders in a crank hydraulic motor were studied graph analytically by determining tangential and radial forces acting on the rotary column of the hydraulic manipulator. At first, calculations were performed based on static methods to evaluate the effect of forces on the rods of hydraulic cylinders in the working positions of the column rotation mechanism. After that, using the COMPASS computer-aided design system, circular diagrams of tangential and radial forces of the considered options for the arrangement of hydraulic cylinders in a crank hydraulic motor were constructed. Further, in the Microsoft Excel program, graphs of changes in tangential forces acting on the rotary column of the hydraulic manipulator were plotted. Schemes with five and six hydraulic cylinders have the best option of influencing the bearings in which the column is rotated. The ranges of radial forces for them ranged, respectively, from 3.32 to 22.07 kN and from 11.175 to 11.297 kN, and tangential forces – from 257.893 to 285.274 kN, and from 300.471 to 354.059 kN, which can be used in the design of new drive designs for turning columns of hydraulic manipulators. For the practical implementation of the proposed design of the crank hydraulic motor, it is planned to make a rational choice of the location of the hydraulic cylinders of the crank hydraulic motor on the frame of the logging road train on the basis of simulation modeling.

 лесовозный автопоезд кривошипный гидромотор манипулятор опорно-поворотное устройство меха-низм поворота колонны статика гидравлический цилиндр двухстороннего действия рекуперация энергии рабочей жидкости управление гидроприводом logging road train crank hydraulic motor manipulator turntable column turning mechanism statics double-acting hydraulic cylinder working fluid energy recovery hydraulic drive control исследование выполнено при поддержке локального гранта ФГБОУ ВО ВГЛТУ the research supported by a local grant from the FSBEI HE VSUFT

Компьютерное моделирование рекуперативного кривошипного механизма поворота колонны манипулятора лесовозного автопоезда / В. И. Посметьев, В. О. Никонов, В. В. Посметьев, В. А. Зеликов, П. В. Колодий // Лесотехнический журнал. - 2023. - Т. 13, № 2(50). - С. 158-178. - Библиогр. : с. 174-177 (21 назв.). - DOI: https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2023.2/9. - Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=54525090 Komp'yuternoe modelirovanie rekuperativnogo krivoshipnogo mehanizma povorota kolonny manipulyatora lesovoznogo avtopoezda / V. I. Posmet'ev, V. O. Nikonov, V. V. Posmet'ev, V. A. Zelikov, P. V. Kolodiy // Lesotehnicheskiy zhurnal. - 2023. - T. 13, № 2(50). - S. 158-178. - Bibliogr. : s. 174-177 (21 nazv.). - DOI: https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2023.2/9. - Rezhim dostupa: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=54525090 Анализ работы гидравлического манипулятора лесной машины с цикловой системой управления / Е. Н. Власов, А. В. Сергеевичев, Ю. А. Добрынин, В. В. Сергеевичев // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. - 2022. - № 238. - С. 99-112. - Библиогр. : с. 109-110 (10 назв.). - DOI https://doi.org/10.21266/2079-4304.2022.238.99-112. - Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=48186417 Analiz raboty gidravlicheskogo manipulyatora lesnoy mashiny s ciklovoy sistemoy upravleniya / E. N. Vlasov, A. V. Sergeevichev, Yu. A. Dobrynin, V. V. Sergeevichev // Izvestiya Sankt-Peterburgskoy lesotehnicheskoy akademii. - 2022. - № 238. - S. 99-112. - Bibliogr. : s. 109-110 (10 nazv.). - DOI https://doi.org/10.21266/2079-4304.2022.238.99-112. - Rezhim dostupa: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=48186417 Real-Time Anti-Saturation Flow Optimization Algorithm of the Redundant Hydraulic Manipulator / M. Cheng, L. Li, R. Ding, B. Xu // Actuators 2021, 10, 11, 19 p. - Bibliogr. : pp. 18-19 (28 titles). - DOI: https://doi.org/10.3390/act10010011 Real-Time Anti-Saturation Flow Optimization Algorithm of the Redundant Hydraulic Manipulator / M. Cheng, L. Li, R. Ding, B. Xu // Actuators 2021, 10, 11, 19 p. - Bibliogr. : pp. 18-19 (28 titles). - DOI: https://doi.org/10.3390/act10010011 Tran D-T. Adaptive Backstepping Sliding Mode Control Based RBFNN for a Hydraulic Manipulator Including Actuator Dynamics / D-T. Tran, H-V-A. Truong, K. K. Ahn // Appl. Sci. 2019, 9, 1265, 25 p. - Bibliogr. : pp. 24-25 (34 titles). - DOI: https://doi.org/10.3390/app9061265 Tran D-T. Adaptive Backstepping Sliding Mode Control Based RBFNN for a Hydraulic Manipulator Including Actuator Dynamics / D-T. Tran, H-V-A. Truong, K. K. Ahn // Appl. Sci. 2019, 9, 1265, 25 p. - Bibliogr. : pp. 24-25 (34 titles). - DOI: https://doi.org/10.3390/app9061265 Tele-Operated Bilateral Control of Hydraulic Manipulator Using a Robust Controller Based on the Sensorless Estimated Reaction Force / K. D. Kallu, S. J. Abbasi, H. Khan, J. Wang, M. C. Lee // Appl. Sci. 2019, 9, 1995, 23 p. - Bibliogr. : pp. 21-23 (45 titles). - DOI: https://doi.org/10.3390/app9101995 Tele-Operated Bilateral Control of Hydraulic Manipulator Using a Robust Controller Based on the Sensorless Estimated Reaction Force / K. D. Kallu, S. J. Abbasi, H. Khan, J. Wang, M. C. Lee // Appl. Sci. 2019, 9, 1995, 23 p. - Bibliogr. : pp. 21-23 (45 titles). - DOI: https://doi.org/10.3390/app9101995 Adaptive Fuzzy Backstepping Sliding Mode Control for a 3-DOF Hydraulic Manipulator with Nonlinear Disturbance Observer for Large Payload Variation / H. V. A. Truong, D. T. Tran, X. D. To, K. K. Ahn, M. Jin // Appl. Sci. 2019, 9, 3290, 29 p. - Bibliogr. : pp. 27-29 (52 titles). - DOI: https://doi.org/10.3390/app9163290 Adaptive Fuzzy Backstepping Sliding Mode Control for a 3-DOF Hydraulic Manipulator with Nonlinear Disturbance Observer for Large Payload Variation / H. V. A. Truong, D. T. Tran, X. D. To, K. K. Ahn, M. Jin // Appl. Sci. 2019, 9, 3290, 29 p. - Bibliogr. : pp. 27-29 (52 titles). - DOI: https://doi.org/10.3390/app9163290 Truong H. V. A. Safety Operation of n-DOF Serial Hydraulic Manipulator in Constrained Motion with Consideration of Contact-Loss Fault / H. V. A. Truong, H. A. Trinh, K. K. Ahn // Appl. Sci. 2020, 10, 8107, 22 p. - Bibliogr. : pp. 19-22 (51 titles). - DOI: https://doi.org/10.3390/app10228107 Truong H. V. A. Safety Operation of n-DOF Serial Hydraulic Manipulator in Constrained Motion with Consideration of Contact-Loss Fault / H. V. A. Truong, H. A. Trinh, K. K. Ahn // Appl. Sci. 2020, 10, 8107, 22 p. - Bibliogr. : pp. 19-22 (51 titles). - DOI: https://doi.org/10.3390/app10228107 Learning from Demonstration for Hydraulic Manipulators / M. Suomalainen, J. Koivumaki, S. Lampinen, V. Kyrki1, J. Mattila // 2018 IEEE / RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), Madrid, Spain, 2018, pp. 3579-3586. - Bibliogr. : pp. 3586 (34 titles). - DOI: https://doi.org/10.1109/IROS.2018.8594285 Learning from Demonstration for Hydraulic Manipulators / M. Suomalainen, J. Koivumaki, S. Lampinen, V. Kyrki1, J. Mattila // 2018 IEEE / RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), Madrid, Spain, 2018, pp. 3579-3586. - Bibliogr. : pp. 3586 (34 titles). - DOI: https://doi.org/10.1109/IROS.2018.8594285 A Teleoperation Framework Based on Heterogeneous Matching for Hydraulic Manipulator / S. Zhou, C. Shen, S. Zhu, W. Li, Y. Nie, Z. Chen // Machines 2022, 10, 536, 15 p. - Bibliogr. : pp. 14-15 (30 titles). - DOI: https://doi.org/10.3390/machines10070536 A Teleoperation Framework Based on Heterogeneous Matching for Hydraulic Manipulator / S. Zhou, C. Shen, S. Zhu, W. Li, Y. Nie, Z. Chen // Machines 2022, 10, 536, 15 p. - Bibliogr. : pp. 14-15 (30 titles). - DOI: https://doi.org/10.3390/machines10070536 Nurmi J. Global Energy-Optimal Redundancy Resolution of Hydraulic Manipulators : Experimental Results for a Forestry Manipulator / J. Nurmi, J. Mattila // Energies 2017, 10(5), 647. - Bibliogr. : pp. 30-31 (44 titles). - DOI: https://doi.org/10.3390/en10050647 Nurmi J. Global Energy-Optimal Redundancy Resolution of Hydraulic Manipulators : Experimental Results for a Forestry Manipulator / J. Nurmi, J. Mattila // Energies 2017, 10(5), 647. - Bibliogr. : pp. 30-31 (44 titles). - DOI: https://doi.org/10.3390/en10050647 Zhou H. A practical method for the deformation of long-stroke hydraulic manipulators in grasping-handling tasks / H. Zhou, X. Zhang, J. Liu // J Field Robotics. 2023, pp. 1-17. - Bibliogr. : pp. 16-117 (35 titles). - DOI: https://doi.org/10.1002/rob.22160 Zhou H. A practical method for the deformation of long-stroke hydraulic manipulators in grasping-handling tasks / H. Zhou, X. Zhang, J. Liu // J Field Robotics. 2023, pp. 1-17. - Bibliogr. : pp. 16-117 (35 titles). - DOI: https://doi.org/10.1002/rob.22160 Adaptive Dynamic Programming-Based Cross-Scale Control of a Hydraulic-Driven Flexible Robotic Manipulator / X. Wei, J. Ye, J. Xu, Z. Tang // Appl. Sci. 2023, 13, 2890, 27 p. - Bibliogr. : pp. 25-27 (37 titles). - DOI: https://doi.org/10.3390/app13052890 Adaptive Dynamic Programming-Based Cross-Scale Control of a Hydraulic-Driven Flexible Robotic Manipulator / X. Wei, J. Ye, J. Xu, Z. Tang // Appl. Sci. 2023, 13, 2890, 27 p. - Bibliogr. : pp. 25-27 (37 titles). - DOI: https://doi.org/10.3390/app13052890 Autonomous Control of Redundant Hydraulic Manipulator Using Reinforcement Learning with Action Feedback / R. Dhakate, C. Brommer, C. Bohm, H. Gietler, S. Weiss, J. Steinbrener // 2022 IEEE / RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), Kyoto, Japan, 2022, pp. 7036-7043. - Bibliogr. : pp. 7043 (20 titles). - DOI: https://doi.org/10.1109/IROS47612.2022.9981425 Autonomous Control of Redundant Hydraulic Manipulator Using Reinforcement Learning with Action Feedback / R. Dhakate, C. Brommer, C. Bohm, H. Gietler, S. Weiss, J. Steinbrener // 2022 IEEE / RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), Kyoto, Japan, 2022, pp. 7036-7043. - Bibliogr. : pp. 7043 (20 titles). - DOI: https://doi.org/10.1109/IROS47612.2022.9981425 Kim M. Real-Time Simulator of a Six Degree-of-Freedom Hydraulic Manipulator for Pipe-Cutting Applications / M. Kim, S.-U. Lee, S.-S. Kim // IEEE Access, vol. 9, pp. 153371-153381, 2021, 11 p. - Bibliogr. : pp. 10-11 (32 titles). - DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3127502 Kim M. Real-Time Simulator of a Six Degree-of-Freedom Hydraulic Manipulator for Pipe-Cutting Applications / M. Kim, S.-U. Lee, S.-S. Kim // IEEE Access, vol. 9, pp. 153371-153381, 2021, 11 p. - Bibliogr. : pp. 10-11 (32 titles). - DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3127502 P. Li Research on the electro-hydraulic servo system of picking manipulator / P. Li, Y. Li // AIP Advances 13, 015312 (2023), 13 p. - Bibliogr. : pp. 13 (20 titles). - DOI: https://doi.org/10.1063/5.0130344 P. Li Research on the electro-hydraulic servo system of picking manipulator / P. Li, Y. Li // AIP Advances 13, 015312 (2023), 13 p. - Bibliogr. : pp. 13 (20 titles). - DOI: https://doi.org/10.1063/5.0130344 Oscillating method for monitoring the technical condition of the hydraulic cylinders of manipulator machines / A. I. Pavlov, A. A. Tarbeev, A. V. Egorov, I. A. Polyanin, S. Ya. Alibekov, A. V. Lysyannikov, Yu. F. Kaizer, T. Y. Matkerimov // Journal of Physics : Conference Series 1515 042053 (2020). - 7 p. - Bibliogr. : pp. 6-7 (20 titles). - DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1515/4/042053 Oscillating method for monitoring the technical condition of the hydraulic cylinders of manipulator machines / A. I. Pavlov, A. A. Tarbeev, A. V. Egorov, I. A. Polyanin, S. Ya. Alibekov, A. V. Lysyannikov, Yu. F. Kaizer, T. Y. Matkerimov // Journal of Physics : Conference Series 1515 042053 (2020). - 7 p. - Bibliogr. : pp. 6-7 (20 titles). - DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1515/4/042053 Energy efficiency improvement of heavy-load mobile hydraulic manipulator with electronically tunable operating modes / R. Ding, J. Zhang, B. Xub, M. Cheng, M. Pan // Energy Conversion and Management 188 (2019), pp. 447-461. - Bibliogr. : pp. 460-461 (31 titles). - DOI: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2019.03.023 Energy efficiency improvement of heavy-load mobile hydraulic manipulator with electronically tunable operating modes / R. Ding, J. Zhang, B. Xub, M. Cheng, M. Pan // Energy Conversion and Management 188 (2019), pp. 447-461. - Bibliogr. : pp. 460-461 (31 titles). - DOI: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2019.03.023 Перспективная конструкция полноповоротного механизма колонны гидравлического манипулятора лесовозного автомобиля / В. И. Посметьев, В. О. Никонов, В. В. Посметьев, А. А. Михайлов // Материалы Всероссийской научно-практической конференции Современный лесной комплекс страны : проблемы и тренды развития ; отв. редактор А. А. Платонов. - Воронеж, 2022. - С. 57-61. - Библиогр.: с. 60-61 (6 назв.). - DOI: http://doi.org/10.58168/MFCCPTD2022_57-61. - Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=49911437 Perspektivnaya konstrukciya polnopovorotnogo mehanizma kolonny gidravlicheskogo manipulyatora lesovoznogo avtomobilya / V. I. Posmet'ev, V. O. Nikonov, V. V. Posmet'ev, A. A. Mihaylov // Materialy Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferencii Sovremennyy lesnoy kompleks strany : problemy i trendy razvitiya ; otv. redaktor A. A. Platonov. - Voronezh, 2022. - S. 57-61. - Bibliogr.: s. 60-61 (6 nazv.). - DOI: http://doi.org/10.58168/MFCCPTD2022_57-61. - Rezhim dostupa: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=49911437 О перспективности использования гидроцилиндров в поворотном механизме колонны гидравлического манипулятора лесовозного автопоезда / В. И. Посметьев, В. О. Никонов, А. А. Михайлов, И. О. Храпов // Инновации в автомобильном транспорте : материалы Всероссийской научно-технической конференции, Воронеж, 19-20 мая 2022 года. - Воронеж : Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова, 2022. - С. 4-9. - Библиогр. : с. 9 (7 назв.). - DOI: http://doi.org/10.34220/IRT2022_4-9. - Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=48696631 O perspektivnosti ispol'zovaniya gidrocilindrov v povorotnom mehanizme kolonny gidravlicheskogo manipulyatora lesovoznogo avtopoezda / V. I. Posmet'ev, V. O. Nikonov, A. A. Mihaylov, I. O. Hrapov // Innovacii v avtomobil'nom transporte : materialy Vserossiyskoy nauchno-tehnicheskoy konferencii, Voronezh, 19-20 maya 2022 goda. - Voronezh : Voronezhskiy gosudarstvennyy lesotehnicheskiy universitet im. G.F. Morozova, 2022. - S. 4-9. - Bibliogr. : s. 9 (7 nazv.). - DOI: http://doi.org/10.34220/IRT2022_4-9. - Rezhim dostupa: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=48696631 Посметьев, В. И. О влиянии традиционных конструкций гидроманипуляторов на эффективность лесовозного автомобильного транспорта / В. И. Посметьев, В. О. Никонов // Материалы Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы эксплуатации автомобильного транспорта и пути их решения на основе перспективных технологий и научно-технических решений», 2022. - С. 24-31. - Библиогр. : с. 30-31 (9 назв.). - DOI: http://doi.org/10.58168/PRTOW2022_24-31. - Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=49783991 Posmet'ev, V. I. O vliyanii tradicionnyh konstrukciy gidromanipulyatorov na effektivnost' lesovoznogo avtomobil'nogo transporta / V. I. Posmet'ev, V. O. Nikonov // Materialy Vserossiyskoy nauchno-tehnicheskoy konferencii «Problemy ekspluatacii avtomobil'nogo transporta i puti ih resheniya na osnove perspektivnyh tehnologiy i nauchno-tehnicheskih resheniy», 2022. - S. 24-31. - Bibliogr. : s. 30-31 (9 nazv.). - DOI: http://doi.org/10.58168/PRTOW2022_24-31. - Rezhim dostupa: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=49783991