автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.02, диссертация на тему:Синтез параметров передач агрегатов уборочных сельхозмашин по динамическим критериям

Министерство общего и профессионального образования

О 1 ДьН В

^ Российской Федерации

Донской государственный технический университет

На правах рукописи

КАПЛИЧ Алла Владимировна

СИНТЕЗ ПАРАМЕТРОВ ПЕРЕДАЧ ПРИВОДА АГРЕГАТОВ УБОРОЧНЫХ СЕЛЬХОЗМАШИН ПО ДИНАМИЧЕСКИМ КРИТЕРИЯМ

Специальность 05.02.02 - "Машиноведение и детали машин"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ростов -на-Дону 1998

Работа выполнена в Донском государственном техническом университете.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

ПОЛУШКИН O.A.

Научные консультант - кандидат технических наук, профессор

АЛЕКСЕЕВ Л.И.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

ГРОШЕВ Л.М.

кандидат технических наук, доцент ЛЮБЧЕНКО А.Н.

Ведущее предприятие - ГСКБ ОАО "Ростсельмаш"

Защита состоится " 23 " декабря 1998 года в 10°° часов на заседании специализированного Совета К.063.27.03.; Донской государственный технический университет.

344708, г. Ростов-на-Дону, ГСП-8, пл. Гагарина, 1, ДГТУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Донского государственного технического университета.

Отзывы в 2-х экз. , заверенные печатью, просим направлять в специализированный совет по указанному адресу.

Автореферат разослан " " /¿¿З^/'У 1998 г. Ученый секретарь

специализированного совета />

к.т.н. . ор^^ /Андросов A.A./

(V

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность работы. Несмотря на многочисленные исследования и постоянное внимание производителей уборочной техники, привод машин относится к наименее надежным элементам их конструкции. Это обу топлено с одной стороны ростом производительности и энергонасыщенности уборочных машин, а с другой - отсутствием должного внимания проектировщиков сельскохозяйственной техники к вопросам динамики машин, в частности, динамики их приводов, без чего немыслима в современных условиях конкурентоспособность машин на мировом рынке.

Нарождающаяся в РФ рыночная экономика должна учитывать потребности фермерских хозяйств в системности и расширении возможно-стех1 используемых ими технических средств. Наряду с высокопроизводительными универсальными комбайнами необходим набор узкоспециализированной малогабаритной техники, легко агрегатируемой с тракторами класса 0,5+1т тяги. К тому же результату приводит и принцип модульного проектирования, в соответствии с которым разрабатывается широкий шлейф адаптеров (модулей), предназначенных для выполнения узкоспециализированных операций и агрегатируемых с базовым универсальным энергетическим средством (УЭС). Отмеченные случаи требуют повышенного внимания к приводам, поскольку характеристики навешиваемых на энергетические средства модулей, рабочие нагрузки на них, условия работы могут меняться в широком диапазоне. Широк и диапазон варьирования усилий на привод различных адаптеров и агрегаты универсальных комбайнов при выполнении различных технологических операций. Учет всего этого на проектной стадии создания сельхозмашин в большинстве случаев производится с помощью различного рода динамических коэффициентов, коэффициентов запаса, значения которых могут меняться в широких пределах и которые не могут детально учитывать весь комплекс отмеченных условий. Результатом к такого рода проектированию приводов и является низкая надежность не только самих приводов, но и приводимых ими агрегатов.

В силу отмеченного детальное исследование динамики приводов уборочных сельхозмашин - машин наиболее широкого использования в сельском хозяйстве - является актуальной проблемой. Для ее решения требуется значительное расширение аналитико-экспериментальной базы исследований, учета переменности структуры и динамических параметров объектов проектирования и учета повышетгой чувствительности малогабаритной техники к динамическим возмущениям.

Цель исследования. Разработка методов анализа и синтеза привода рабочих органов машин на основе исследования штт/щи'.иарпьи:, по/¡е-

ходных и установившихся процессов с учетом всего спектра динамических возмущелщй.

Для достижения этой цель поставлены следующие научные задачи:

1. Разработать экспериментально-аналипгческую модель процесса буксования в сцеплениях вша леникс и на ее основе моделировать динамику пуска машинного агрегата, оценить управляемость процессом пуска и обосновать оптимальньш его режим.

2. Разработать принципы динамического анализа переходных процессов в приводах и установить их связь с характеристиками двигателя.

3. Обосновать типовые динамические модели привода в задачах анализа нагруженности типовых элементов передач.

4. Моделировать нестационарные, импульсные и установившиеся процессы в приводах и на этой основе разработать методы построения блоков динамического нагружения типовых элементоа

5. Разработать методики подбора двигателя, синтеза лениксной передачи и синтеза виброзащитных муфт в приводе рабочих органов. Объекты исследования. Приводы машинных агрегатов, у которых отбор мощности на рабочие органы осуществляется посредством лениксной передачи, выполняющей одновременно функцию сцепления. Приложение исследований осуществлено на примерах следующих машинных агрегатов:

а) самоходный уборочный комбайн Дон-1500;

б) навесная ротационная косилка-измельчитель КИН-2,7 на универсальное энергетическое средство (УЭС) Дон-800;

в) прицепной комбайн Дон-1200П с трактором МТЗ-100.

Научная новизна. Впервые получена аналитическая форма тяговой характеристики лениксной передачи в режиме буксования, содержащая начальный импульс и слагаемое, зависящее от угловой скорости ведомого элемента. Описан процесс пуска в моделях переменной структуры, позволяющий рассчитать работу буксования, ввести понятие управляемости процессом пуска и дать метод выбора оптимального кинематического режима пуска.

Доказано, что все многообразие многомассовых динамических моделей привода может быть сведено'к типовым парциальным двухмассовым полуопределекным моделям, что позволило ввести понятие обобщенной упругой муфты и выполнить анализ реакции привода на импульсные возмущения, возмущения установившегося процесса, исследовать процессы прохождения через резонанс при пуске и выбеге.

1. Впервые дан общий принцип анализа устойчивости протекания технологического процесса и на его базе сформулированы требования к крутизне статической характеристики двигателя и условия необходимости учрта его динамической характеристики.

Вскрыты условия возникновения эффектов непрохождения и перескока через резонанс за счет изменения структуры модели при пуске.

Для типовых передач - карданных, зубчатых, цепных и ременных -учтен ряд динамических эффектов, существенно влияющих на их вн\ ¡'раннюю и внешнюю нагруженность.

Практическая ценность. По результатам работы внедрены и использованы для машин ГСКБ АО РСМ инженерные методики:

а) подбора двигателя для уборочных машин с необходимым запасом момента на регуляторной ветви;

б) синтеза лениксной передачи;

в) синтеза упругой виброизолирующей муфты;

г) динамического расчета типовых элементов передач.

Апробация работы. Основные результаты докладывались и получили положительную оценку: в ГСКБ АО "Росгсельмаш" и на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ДГТУ (1990-1998 гг.). Содержание диссертации отражено в 8 опубликованных печатных работах.

Объем работы. Диссертация изложена на 198 страницах, содержит 36 рисунков, 19 таблиц и состоит из пяти глав, общих выводов, списка литературы, приложения и документов о внедрении результатов работы в производстве.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе дан анализ проблемы управления динамическим качеством машин. Показано, что современное состояние науки и техники позволяет полностью решать проблему управления качеством как находящихся в производстве, так и вновь проектируемых машин. В то же время, в большинстве случаев эти возможности в области сельхозмашиностроения оказываются невостребованными по разным причинам, главной из которых является нежелание фирм-производителей осознать, что без решения этой проблемы невозможен выпуск конкурентоспособной продукции

Анализ работ Акотова Е.И., Алексеева Л.И., Алферова С.А., Барского Н.В., Болтинского В.Н., Вейца B.JL, Вернигора В.А., Вульфсона И.И., Галад-жева P.C., Гафановича АА, Голоскокова Е.Г., Гринькова Ю.В., Громова ДИ., Грошева JIM., Гурецкого В.В., Ермольева Ю.И., Жарова ВН., Кошева В.П., Коловского М.З., Комарова М.С., Маслова Г.С., Пановко ЯГ., Полушкина O.A., Пронина Б. А., Радина В.В., Решетова ДН., Светлицкого В. А., Спиче! им ад В.В., Терликова В.В., Филиппова А.П., Фролова КВ., Фурмана Ф.А и др. позволил сделать выводы, на базе которых сформулирована цель и ноеташн.--ны вышеприведенные задачи исследования

Во второй главе моделируются переходные процессы в машинном агрегате, содержащем лениксную передачу (рис. 1).

В общем случае при наличии леникса (Л) компоновка привода от двигателя (Д) к рабочей машине (М) может быть выполнена по одной из 3-х схем, представленных на рис.2. В приводах навесных и прицепных машин обычно применяются предохранительные муфты (ПМ), отрегулированные на заданный момент Мп. Элемент между лениксом (Л) и предохранительной муфтой (ПМ) будем называть промежуточным (ПЭ). К схеме а) в частности относится комбайн ДОН-1500; к схеме б) — агрегат из УЭС ДОН-800 и ротационной косилки-измельчителя КИН-2,7; а к схеме в) — находящийся в стадии проектирования прицепной комбайн ДОН-1200П, предназначенный для агрегатирования с трактором МТЗ-100.

Используя методы теории идентификации и интерполяции, для экспериментальных зависимостей угловой скорости и крутящего момента разгоняемой машины от времени получили (Ьункцию тяги леникса в режиме буксования

Мь = Мс + % + влшм , а)

где Мс - момент сил сопротивления машины на холостом ходу, учитывающий сопротивление от трения и вентилятсрного эффекта; 1в - темп включения - промежуток времени от начала контакта ремней с ведущим шкивом до окончания процесса буксования; о\, - угловая скорость разгоняемой машины; Э и Вл - константы данной лениксной передачи, характеризующие ударный импульс и степень нарастания момента.

Принципиальное отличие функции тяга леникса (1) от приводимых в литературе для автомобильных и тракторных муфт сцепления заключается в двух моментах: а) функция тяги есть функция угловой скорости ведомого элемента, а не функция времени; б) наличием ударного импульса ЭДВ.

Математическая модель процесса пуска в общем случае получена в работе в форме нелинейной системы

1 - (2)

где I® и 1м — приведенные к валу двигателя постоянные состаачяющие мо-

ментов инерции двигателя и машины соответственно; 1м(<р„) и 1^(<рм) - переменная компонента приведенного момента инерции машины и ее произ-

водная по фм; сод и ым - угловые скорости двигателя и разгоняемой машины; т,у, и В - коэффициент динамической характеристики двигателя и кру-

тизна статической характеристики двигателя.

6

<Зсо„

^-Чь-".

Рис. 1. Лениксная передача.

(1 - ведущий шкив; 2 - ведомый шкив; 3 - рычаг с натяжным роликом; 4 - гидроцилиндр управления; 5 - приводные ремни)

Рис.2. Варианты агрегатирования в машинах с лепикспой передачей:

а) привод самоходных машин;

б) агрегат из универсального энергетического средства (УЭС; и навесной или прицепной машины;

в) агрегат из трактора (ДТ) и навесной или прицепной машины.

Выделенная пунктиром часть модели (2) называется первым приоли-жением и при Тдц=0 является предметом анализа в различных работах по сцеплениям транспортных машин. Не входящие в первое приближение слагаемые в (2) есть обобщенные моменты сил инерции, которые в силу периодичности изменения 1м(фм) представимы рядом Фурье. Они определяют колебания угловой скорости относительно ее изменения по первому приближению.

Качественное описание процесса пуска машинного агрегата дает рис.3. На рис.3а даны статическая характеристика двигателя в виде регуляторной СБ и корректорной БЕ ветвей, тяговая характеристика леникса К-Ы-М„ и момент Мп предохранительной муфты В функции времени (рис 36 и Зв) весь процесс пуска делится на пять участков, на границах которых происходит изменение структуры модели., что обусловлено как различиями в компоновочных схемах машинных агрегатов, так и различиями функции тяги Мх, на различных участках. Соответствующие модели процесса пуска даны в табл. 1.

Если уравнения движения табл. 1 представить в канонической форме ш + Р(1)со = СЗ(0, (3)

их решением будет (С - постоянная интегрирования)

ш = е-/рм*|с + |аде1р<1)аЦ (4)

На основе решения (4) произведено сопоставление расчетных и экспериментальных результатов процесса пуска (табл.2). Построенная аналитическая модель удовлетворительно описывает процесс пуска машинного агрегата.

Аналитическая модель процесса пуска позволила определить работу буксования, а также обосновать кинематический процесс пуска.

В подавляющем большинстве случаев функцию сопротивления обрабатываемой при уборке массы можно представить в виде ряда

Мст=о^+а1ю+а2й>2 , Ь)

где щ, ах, щ - полученные при испытаниях макетного образца или заимствованные из машины-аналога коэффициенты. Тогда для технологических процессов, выполняемых машинным агрегатом, решение первого приближения системы (2) зависит от критического коэффициента загрузки

(В + «!)2 „ ,еч

"КР = °х ' (6)

где (а, - л«и^.пмальная скорость двигателя на холостом ходу.

При «,,< а,;,, все виды переходных процессов являются устойчивыми

(О

ст>

Рис. 3. Диаграмма процесса' пуска машинного агрегата.

Математические модели процесса пуска

(компоновка по рис. 2)

Учас ток Тяговая характеристика Уравнения движения

а | б 1 в а | б | в

1 1дЕд = мд-м^

2 м12) = мс+ —+ Вл<ок хв 1дед=мд-мь 1мем=мь-мт

3 г мь=м„+влш„э Мп<Мь<М„ М1,=МП+ВЛ(0И МП<М!,<М„ 1дед=м„-мь 1пэ£пэ=Мь-Мп (1м-1п)£м=Мп-Мс (1д-1п)Ед=Мд-Мс 1п3£„э=Мп-Мь 1мЕм=М1,-Мс

4 М^Ми = тт[Мп;М„] . 1дед=мд-мн 1мЕм=М„-Мс 1дЕд=Мв- пип[Мп;Мч] 1м£м= тхп[Ь1п;к„]-Мс

5 Мс=Мт+у(й:г (1д+1м)ех=Мл-Мс

Мк

I ■

а)

— т( 9 < <0К <2 вир <}

шк >2 зир ч

в,

1'иг. 4. Типовые модели элементов привода.

(О

СОПОСТАВЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ ПРОЦЕССА ПУСКА

Агрегат ДОН-1500 КИН2.7 УЭС ДСШ-800

Число оборотов 980 1000 1010 1000 1080 1550 1775

пуска

№ 2Д 8Д 11Д 13Д 1К 2К ЗК

осциллограммы

• Темп вкл. Vs 0,93с t„=0,61c t„=0,35c t„=0,25c Vя 0,4с

параметр разм. расчет экспе- расчет экспе- расчет экспе- расчет экспе- расчет экспе- расчет экспе- расчет экспе-

римент римент римент римент римент римент римент

to С 0,297 0,27 0,18 0,25 0,105 0,10 0,075 0,1 0,12 0,06 0,12 0,05 0,12 0,05

h с 0,527 0,555 0,428 0,365 0,278 0,23 0,184 0,21 0,146 0,11 0,146 0,2 0,146 0,12

tj с - - 0,0008 0,03 0,041 0,06 0,078 0,1 1,149 1,145 1,763 1,77 2,056 1,92

t6 с 0,806 0,825 0,609 0,645 0,424 0,39 0,3365 0,32 1,415 1,315 2,029 2,02 . 2,322 2,09

ts с 0,544 0,57 0,544 0,53 0,544 0,58 0,544 0,56 0,616 0,7 0,616 0,5 0,616 0,58

G>Q С-1 82,63 79,4 33,1 78,5 82,4 78,7 80,57 76,5 102,4 99,8 151,6 145,4 175,2 168,2

0,98iav С-1 ■ 98,1 97,2 100,1 97,6 101,1 97,2 100,1 97,2 109,4 105,3 157,7 150,4 180,8 170,6

p max С-2 350 320 380 335 380 425* 380 480* 80,2 93,6 80,2 93,2 80,2 94,2

r max 4a С-2 -63 -65 -69 -64 -75 -97« -90 -114» -30,5 • • -30,5 -30,5 ••

M wax Нм 946 1030 1020 1120 1020 1080 1020 1040 300,5 345 300,5 320 300,5 330

* при срыве тяги лсиикса; — не регистрировался

Экспериментальные результаты по КИН-2,7 получены отделом испытаний ГСКБ АО РСМ в 1995г.; по комбайну Дон-1500 -в nawikvrcxinnccKOM отчете автора.

приведены

В случае, если Оо»^, угловая скорость агрегата резко падает и, если не принять мер к снижению нагрузки, двигатель глохнет.

Из структуры коэффициента критической загрузки а^ следует, что чувствительность машинного агрегата к колебаниям нагрузки уменьшается с ростом крутизны характеристики двигателя В. В свою очередь, это означает, что при выполнении технологического процесса крайне нежелателен переход с регуляторной ветви на корректорную. Чем больше запас момента на регуляторной ветви, тем более устойчивым является технологический процесс при переменной нагрузке..

В третьей главе рассматриваются общие методы моделирования динамической нагруженности элементов привода рабочих органов, особенности и внутренняя динамическая нагруженность типовых элементов передач, а также некоторые вопросы устойчивости движения передач гибкой связью (ременных и цепных).

Показано, что для целей инженерных расчетов все многообразие динамических моделей можно свести к трем основным типам (рис. 4) в зависимости от соотношения спектра парциальных частот q и частот возмущений Для интервала сак ^ ^тС^ привод может считаться абсолютно жестким

(рис. 4а). А для интервала (0){>2зир 9 -может рассматриваться как свобод-:ный от связей с остальными (рис. 4в). Модели рис. 46 получаются для смежных масс ] и з+1 по методике ЕЛ Ривина для каждой конкретной частоты возмущений или по методике ЛИ:' Алексеева, основанной на разложении числителя и знаменателя передаточной функции на нули и полюса. Для оценочных расчетов предложены разработанные 'совместно с Р.С. Галадже-вым и Л.А. Андреевым так называемые позиционные модели, которые также имеют вид, показанный на рис. 46, но инерционные параметры всех 'Предшествующих элементов .приводятся к элементу ], а всех последующих -'к -элементу .3+1.

Йрй анализе типовых передач ^карданные, цепные, ременные и зубча-ть1е) тлавйое внимание уделено только тем особенностям, которые не нашли отражения й 'существующих методах их расчета.

Для карданной передачи, работающей в стационарном режиме, связь угловой скорости и углового ускорения на валу т+1 с теми же величинами на валу т, образующими между собой угол а^щ+д, дается выражениями

= о)т

„2 ' ' ит,т+1 . 1 +---соб 2<рт

\

1+1 —

2

ат,т+1 , 1+---со5 2фт

2

„ 2 ат,т+1 . „ -2а)т---«1п2(рт.

Для нестационарных процессов, особенно в случае прохождения системы через резонанс, необходимо учитывать четные гармоники более высоких порядков

Динамический момент на валу ш+1

„2 ,__

к» т т "тп,т + 1 ¡2 1 »■>

мт+1 = 1т+!ет 1т-И-~2-а/еш + (2й>т)~ соэ.

В этом выражении первое слагаемое определяет внешнюю динамическую нагруженность, а второе — внутреннюю ( она определяется параметрами только самой передачи). Показано, что существующий способы выбора углов между смежными карданными вилками, при которых воздействие карданной передачи на внешние элементы системы обращается в нуль, справедливы только для достаточно жестких валов. Это подтверждается данными исследований динамического момента в приводах навесных и прицепных машин.

Для цепных передач рассмотрен так называемый полигональный эффект, связанный с хордальным расположением звеньев цепи на зубьях звездочек. В динамике этот эффект сопровождается ударами при вступлении в контакт втулок цепи с зубьями звездочек Этот эффект существенно усиливается за счет асинфазного движения ведущей ветви цепи, когда на ведущей и ведомой звездочках вхождение в контакт не синхронно. Дан метод синтеза синфазной цепной передачи.

Для клиноременных передач, наряду с совокупностью причин генерирования ими динамических возмущений, рассмотрен вызывающий споры вопрос об их крутильной жесткости. Показано, что достаточно достоверный прогноз крутильной жесткости может быть дан путем введения коэффициента х, учитывающего различия в условиях деформации ремня в свободных ветвях и на дугах обхвата шкивов

Для зубчатых передач показана связь их жесткости с коэффициентом перекрытия, а также необходимость их динамического расчета с учетом деформаций валов и подшипниковых узлоа Поскольку жесткое гь зубчатой передачи изменяется периодически, то они могут являться источником параметрических колебаний в приводе.

При анализе параметрических поперечных колебаний свободных ветвей передачи гибкой связью (ременных и цепных) обычно исходной аналитической формой является уравнение Матье. В работе показано, что это допустимо лишь в случаях, когда параметрический член исходного уравнения может быть представлен в линейно!! форме. В противном случае анализ устойчивости движения ветвей необходимо выполнить по уравнению Хилла.

В четвертой главе рассматриваются реакции обобщенной упруго!! муфты в приводе на импульсные и детерминированные возмущения второго

приближения системы (2) в парциальных моделях рис.46. Под обобщенной упругой муфтой (ОУМ) понимается реальная упруго-диссипативная связь, обусловленная свойствами типовых элементов привода, либо сочетание этой связи с вводимой в конструкцию виброзащитной муфтой. Впервые для уборочных машин рассмотрены имеющие место в реальных машинах нестационарные процессы прохождения через резонанс при пуске и выбеге.

Передачу импульсного воздействия ОУМ характеризуют рис.5 и рис.6. При сильном демпфировании (у>1) решение имеет апериодический характер (рис.5), а при слабом (-<<1) передача импульса сопровождается затухающими свободными колебаниями (риаб). Максимальная величина коэффициента передачи К)Ш полностью определяется отношением л, = длительности

импульса к периоду собственных колебаний. ОУМ выполняет функцию защиты от ударов для кратковременных импульсов и существенно увеличивает передачу продолжительных импульсов. С практической точки зрения это означает, что введение в конструкцию реальной упругой муфты негативно влияет на динамику переходных процессов пуска и технологического процесса.

_> установившемся стационарном процессе реакцию ОУМ на любую компоненту полигармонического процесса иллюстрирует рис. 7. Здесь сравниваются амплитуды колебаний каждой из масс парциальной модели с амплитудой модели рис. 4а, не содержащей упругой муфты. Из дифференциального уравнения последней ~

= Мк СОБО)^

при так называемых силовых (Мк=сопй) и инерционных (М^кЮ^2) возмущениях определяются амплитуды свободных колебаний

- _ !к

Из рис 7а следует, что амплитуда колебаний массы на которую действует гармонический момент Мк, достигает минимума в режиме динамического поглощения (антирезонанга), когда безразмерная частота процесса X = Уменьшение жесткости ОУМ сдвигает точку на диаграмме процесса вправо, т.е. в зарезонансной области коэффициент передачи колебаний не может быть меньше ЦГ!>1. Это означает, что введение реальной упругой муфты уменьшает колебания источника возмущений в дорезонансной облает и увеличивает их в зарезонансной области. Напротив, амплитуда колебаний пассивного элемента модели (рис. 76) уменьшается лишь в случае, когда Х>-Л (основной принцип виброизоляции). При этом диссипатавность упругой муфты оказывает положительное воздействие на передачу динамиче-

к..

Рис. 5. Коэффициент передачи импульсного воздействия

обобщенной упругой муфтой при сильном демпфировании.

у=Ю,1

Рис. 6. Коэффициент передачи импульсного воздействия

обобщенной упругой муфтой при слабом- демпфировании

к,

л/м 1

Ku = *LÍL у ФС8 <?П / у=0,2

Дорезонансная 1 область /

А ц,=о,б

^ Ц,=0,8

i i Зарезонансная область

Х =

Шк

1

а)

2(1-Ц,)

Рис. 7. Реакция обобщенной упругой муфты на полигармонические возмущения установившегося стационарного процесса:

а) источник возмущений;

б) динамический коэффициент передачи момента упругой муфты.

(7)

ского момента в дорезонансной и резонансной областях и отрицательное - в зарезонансной области.

Нестационарные процессы прохождения через резонанс при пуске и выбеге машинного агрегата рассматриваются применительно к позиционным парциальным моделям, введенным в третьей главе. При этом движение элементов модели раскладывается на переносное, обусловленное ускорением Ек пуска или выбега, и относительное, связанное с ОУМ между смежными элементами модели. Дифференциальное уравнение относительного движения приводится к виду

ft t2

Ф + 2усо0ф + Ш5<р = P(t) cos ~~ + yk

V >

Ml.

где P(t) = -— - отношение момента силовых или инерционных возмущений

к эквивалентному моменту инерции 1эп модели, раскрываемому в работе. При решении (7) осуществлен переход к форме, базирующейся на безразмерной частоте процесса Xj и безразмерной скорости V прохождения через резонанс, что позволяет существенно упростить формализацию алгоритма расчета и в частных случаях использовать приводимые в справочной литературе диаграммы, в которых оценивается амплитуда колебаний только в резонансе в функции безразмерной скорости V.

X, = • v = ^

I ' 2 '

Щ Щ

где - максимальное угловое ускорение; Юр - собственная частота системы; 1 - действительная часть комплексной формы времени.

Выполненный в работе анализ нестационарных процессов прохождения через резонанс позволил установить, что пуск машинного агрегата следует осуществлять на пониженных оборотах двигателя (экспериментально этот результат установлен давно). В этом случае исключаются резонансы наиболее интенсивных источников возмущений, генерируемых неуравновешенностью двигателя, молотильных и пзмельчакяце-швыряющих барабанов При этом вследствие изменения структуры модели по окончании процесса буксования может оказаться, что система вообще не проходит резонанс при дальнейшем увеличении оборотов двигателя до номинального. Это явление названо в работе эффектом перескока через резонанс.

В пятой главе рассматриваются вопросы синтеза привода рабочих органов уборочных машин, вытекающие из полученных в предыдущих разделах работы результатоа При этом общая схема синтеза соответствует принятой в практике работы конструкторских организаций, включая корректи-

ровку по результатам испытаний макетных образцов и стендовых испытаний рабочих органов

Показано, что существующий метод подбора двигателя на основе подсчета затрат мощности и к.п.д. элементов машинного агрегата носит статический характер и не удовлетворяет динамическим критериям качества. Предложенная методика основана на требованиях устойчивости технологического процесса при заданных уровнях флюктуации подачи обрабатываемой массы. Она предусматривает запас момента на регуляторной ветви, ведущий к соответствующему запасу мощности, а также проверку характеристики В двигателя по коэффициенту критической загрузки а^р. Методика апробирована в ГСКБ АО РСМ в 1995 г. при переходе от двигателей серии СМД г. Харькова к двигателям серии ЯМЗ г. Ярославля

Синтез лениксной передачи заключается в определении необходимого значения момента насыщения Мн, на основе которого определяется коэффициент запаса тяга сцепления и число ремней передачи, а также оптимальный темп включения Ц, минимизирующий динамический момент при пуске и работу буксования. При этом показано, что если лениксная передача принадлежит универсальному энергетическому средству (УЭС), то при его агрегатировании с машинами малой мощности режим пуска может оказаться жестким (это имеет место в агрегате УЭС-800 с КИН-2,7). Поэтому ленинскую передачу целесообразно проектировать и устанавливать на адаптере. Для навесных и прицепных машин предохранительная муфта с целью исключения совместного буксования муфты и леникса должна настраиваться на момент Мп>Ми. В этом случае легко определяется вилка изменения угловой скорости двигателя при пуске.

Методика синтеза виброзащитнои муфты в приводе рабочих органов учитывает все негативные последствия ее введения, вытекающие из неоднозначности ее реакции на импульсные и полигармонические возмущения, а также на протекание нестационарных процессов прохождения через резонанс. Она базируется на разработках ЛИ. Алексеева по виброизоляции ограниченных объектов конечной жесткости, в которых существенно изменяется основной принцип виброизоляции Предусмотрено, что результатом синтеза может быть отрицательная жесткость муфты, т.е. требование увеличить жесткость исходного привода.

Методика построения блоков динамического нагружения типовых элементов привода для его прочностных расчетов и испытаний на стенде основывается на полученных в работе результатах анализа переходных и уста-новившихбя :.лроцессов, а также процессов прохождения через резонанс

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Обеспечение конкурентоспособности уборочных сельхозмашин требует внедрения в практику их проектирования современных методов моделирования динамики. Наряду с существенным расширением аналити-ко-экспериментальной базы проектирования, ото позволяет уже на начальной стадии создания машины обеспечить необходимый уровень динамических показателей качества не только ее привода, но и всей машины.

2. Развитая в работе теория функционирования средств сцепления привела к созданию качественно новой математической модели пуста машинного агрегата, учитывающей наличие в тяговой характеристике сцепления импульсной функции и компоненты, пропорциональной угловой скорости ведомого элемента привода. Достоверность этой модели подтверждена ее использованием для анализа сцепления лепиксного типа комбайна "Дон-1500" и агрегата из УЭС "Дон-800" с косилкой-измельчителем КИН-2,7, а также установлением путем анализа этой модели факта независимости угловой скорости в конце процесса буксования от темпа включения, установленного экспериментально в работах В.Н. Болтинского.

3. Использование полученного в работе метода расчета режима пуста машинного агрегата, учитывающего помимо статической динамическую характеристику двигателя, исключает экспериментальный поиск этого режима, подбиравшегося до настоящего момента методом проб при испытаниях макетных образцов машин.

4. На основе впервые введенного в работе аналитического выражения критического коэффициента загрузки машинного агрегата разработаны основные принципы анализа переходных процессов при выполнении широкого круга технологических операций. Их использование совместно с моделью процесса пуска позволит априорно (до испытания макетных образцов) решать ряд новых задач динамики привода со сцеплением (разработка требований к статическим и динамическим характеристикам двигателя привода машины, определение динамической нагруженности привода и уточнение прочностного его расчета, оценка работы'буксования и расчет элементов сцепления на износ).

5. Все многообразие динамических моделей привода может быть сведено к набору типовых парциальных моделей, в результате чего существенно упрощается процедура формализации динамических расчетов и оценка чувствительности элементов привода к возмущениям потенциального спектра, типичного для уборочных машин.

6. Внесены существенные коррективы в анализ внутренней динамической пафуженносш типовых передач (карданных, цепных, ременных

и зубчатых), а также в расчеты их упругих характеристик, выходящие за пределы их традиционных расчетов Так для карданных передач показаны необходимость учета деформаций при расчете их внешнего воздействия и полигармонического характера генерируемых ими возмущений. Для зубчатых передач необходим учет упругости валов и подшипниковых узлов, а также периодического характера изменения жесткости. Проектирование цепных передач необходимо вести с учетом эффекта синфазносги движения ведущей ветви при передаточных отношениях, близких к единице. Для ременных передач получен простейший метод оценки крутильной жесткости и показана необходимость проведения глубоких исследований динамики автоматических натяжных устройств

7. Разработанные алгоритмы расчета динамической нагруженности типовых элементов передач учитывают не только внешние, но и внутренние возмущающие воздействия, а также потерю устойчивости движения ветвей передач гибкой связью - ременных и цепных На их основе формализованы процедуры построения блоков нагружения, необходимые для назначения режимов стендовых испытаний и выполнения расчетов на усталостную прочность. Это позволяет уточнить расчеты и повысить адекватность стендовых испытаний этих передач.

8. Введение понятия обобщенной упругой муфты, позволяющего учитывать упруго-диссипативные параметры реального привода рабочих органов и решать задачи анализа и синтеза привода с единых позиций, позволило дать общие принципы определения реакции привода на различные стационарные и нестационарные динамические воздействия.

Так установлено, что реакция привода на импульсные возмущения существенным образом зависит от длительности импульса и, в меньшей степени, от рассеивания энергии колебаний.

В стационарном установившемся процессе работы машинного агрегата конструкции приводов обладают естественными виброизолирующими свойствами по отношению К высшим гармоникам двигателя и барабанов, безразличны с позиций динамики к возмущениям агрофона и сепарирующих рабочих органов

Нестационарный процесс прохождения через резонанс имеет существенное значение лишь для режима пуска машинного агрегата. При анализе этих процессов выявлены эффекты перескока через резонанс вследствие изменения структуры модели при пуске, а также исключения резонансов за счет Пуска при пониженных оборотах двигателя. Установлена ограниченная управляемость нестационарными процессами

кО

9. Общая методология динамического синтеза привода должна включать:

- методику выбора двигателя, основанную на создании необходимого запаса момента по регуляторной ветви характеристики, и выполнении требования к крутизне характеристики;

- методику синтеза леникеной передачи, включающую определение оптимального кинематического режима пуска и темпа включения, обеспечивающих мягкое включение и минимизацию работы буксования;

- методику построения блоков нагружения, учитывающую весь спектр типовых возмущений привода и специфику конкретного типа передачи;

- методику синтеза линейной виброзащитной муфты, учитывающую ограниченность инерционных параметров объекта виброизоляции и его конечную упругость.

Все перечисленные инженерные методики внедрены и исполк'зугот-ся в практике работы ГСКБ АО РСМ или находятся в стадии внедрения.

10. Разработанные аналитические методы синтеза привода и инженерные методики, основанные на них, позволяет существенно улучшить динамическое качество проекпгруемых машин и сократить сроки проектирования не только в сельхозмашиностроении. Сформулированные в работе направления дальнейших исследований расширяют перечень новых аспектов проблемы управления качеством машин, которые успешно могут решаться методами динамики.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах автора:

1. Программный комплекс для статистического моделирования и исследования динамики приводов и механизмов сельхозмашин по экспериментальным данным о нагружешюсти. (Соавторы JLA. Андреев, P.C. Галаджез). Межотрасл. террит. ЦНТИ. Инф листок №689-90 — Ростов-на-Дону, 1990.

2. Программный комплекс для построения блоков прсфаммного нагружения. (Соавторы JLA. Андреев, Р.С Галаджев). Межотрасл. террит. ЦНТИ Инф. листок №1-91 — Ростов-на-Дону, 1991.

3. СТП 0237521.229-91. Методика построения блоков программного нагружения составных частей машин для ресурсных стендовых испытаний и расчетов на прочность (Соавторы Р.С Галаджев, JIA Андреев. Г.П. Троя-нова и др.). ПО Ростсельмаш — Ростов-на-Дону, 1991.

4. СТП 0237521.223-91. Методика расчета вероятности безотказной работы деталей сельхозмашин по показателям прочности. (Соавторы Р.С Га-

ладжев, JI.A. Андреев, Г.П. Троянова и др.). ПО Ростсельмаш — Ростов-на-Дону, 1991.

5. Особенности влияния динамических процессов на показатели работоспособности типовых передач сельхозмашин. (Соавтор P.C. Галаджев). /Динамика узлов и агрегатов сельскохозяйственных машиа Межвуа сб. научи. трудов. — Ростов-на-Дону, 1993.

6. Методика расчета вероятности безотказной работы деталей сельхозмашин по показателям прочности. (Соавторы JLA. Андреев, М.Р. Галад-жева и др.). /Динамика узлов и агрегатов сельскохозяйственных машин. Меисвуз. сб. научн. трудов. — Ростов-на-Дону, 1993.

7. Руководство пользователя к программному комплексу ТММ-1. (Соавторы JI.I1 Алексеев, O.A. Полушкин, и др.). ДГТУ. — Ростов-на-Дону, 19S5.

8. Упругая муфта в приводе машинно-тракторного агрегата. (Соавторы ЛИ. Алексеев, АА Далальянц, Н.Г. Попов). /Динамика, прочность и надежность сельскохозяйственных машин. Межвуз. сб. научн. трудов. — Ростов-на-Дону, 1996.

9. Тяговая характеристика сцепления типа леникс в режиме буксования. (Соавторы ЛИ Алексеев, A.A. Далальянц). /Динамика, прочность и надежность сельскохозяйственных машин. Межвуз. сб. на-учн. трудов. — Ростов-на-Дону, 1996.

10. Переходные процессы viycica в приводе рабочих органов уборочных машиа (Соавторы И.К Мещеряков, ЛИ. Алексеев, A.A. Далальянц). /Тракторы и сельскохозяйственные машины, 1996, №7.

ЛР №020639 от 26.04.96 г. В набор 17.11.98. В печать 20.11.98. Объем 1,5 усл. п.л., 1,3 уч.-изд.л. Офсет. Формат 60x84/16 Бумага Тип №3. Заказ № 449. Тираж 120.

Издательский центр ДГТУ

Адрес университета и полиграфического предприятия: 344010, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1.