автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.04, диссертация на тему:Оптимизация конструкции и режимов работы механизма подкапывания с колебллющимся лемехом в корнеклубнеуборочных машинах

АВГ ^^СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ВЫСШЕЙ ШКОЛЕ

ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

УДК 631.358.4.02.002.237

ВИСЛОУСОВА Ирина Николаевна

ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ МЕХАНИЗМА ПОДКАПЫВАНИЯ С КОЛЕБЛЮЩИМСЯ ЛЕМЕХОМ В КОРНЕКЛУБНЕУБОРОЧНЫХ

МАШИНАХ

Специальность 05.20.04. — сельскохозяйственные и

гидромелиоративные машины

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ростов-на-Дону 1994

Работа выполнена в Донском государственном техническом университете

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

ГРОШЕВ Л.М.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

СШЧЕНЮВ В. В. кандидат технических наук, доцент КРАСНОСТУП С.М.

Ведущая организация: АООТ ГСКТБ по машинам для возделывания икорки картофеля

Защита диссертации .состоится " И " 1994 г. в

А.0 час, на заседании специализированного Совета^Д.063.27.02 при Донском государственном техническом университете (344706, г.Ростов-на-Дону, ГСП-8, пл.Гагарина, I).

С диссертацией мокно ознакомиться в библиотеке университета. Отзыв в двух экземплярах, заверенных гербовой печатью, просим направить по вышеуказанному адресу.

Автореферат разослан " " ЦЦОАлД 1994 г.

Ученый секретарь специализированного Совета д.т.н., профессор

Ю.И.ЕРМОЛЬЕВ -—

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. За последнее время наблюдается усложнение конструкций почти всех типов сельскохозяйственных машин, что вызвано целым рядом факторов, в том числе и стремлением повысить эффективность их работы. Это в полной мере относится к машинам для уборки картофеля, моркови, корней валерианы и других культур. Все большее применение в комбайнах для уборки корней и клубней растений находят активные рабочие органы, однако, использование их требует специального привода, что усложняет конструкцию и требует принятия мер по снижению инерционных нагрузок. Задача выбора конструктивных параметров и кинематических режимов, обеспечивающих при выполнении агротехнических требований заданную надежность привода является задачей, без которой невозможно проектирование корнеклубнеуборочных машин, удовлетворяющих современным требованиям. Поэтому тема диссертационной работы, связанная с оптимизацией конструкции механизма подкапывания корнеклубнеуборочных машин,является актуальной.

Работа выполнена в рамках научно-технической программы ГКН11 РФ "Надежность конструкций".

Цель исследования. Разработать методы комплексного решения задач кинематики, динамики и надежности механизма подкапывания корнеклубнеуборочных машин с колеблющимся лемехом. Оптимизировать конструкцию механизма и найти параметры, обеспечивающие заданный технологический процесс в более широком диапазоне скоростей движения агрегата.

Объект исследования - валерианоуборочный комбайн ВК-0,3, являющийся модификацией картофелеуборочного комбайна ККУ-2А.

Методика исследования. Теоретическое исследование силового взаимодействия почвы с колеблющимся лемехом, базирующееся на методах механики резания грунтов и теоретической механики; исследование крутильных колебаний в приводе, базирующееся на методах линейной и нелинейной теории колебаний; решение задач оптимизации на основе метода конфигураций; экспериментальные исследования динамических процессов в приводе с использованием методов электротензометрии с последующей статистической обработкой экспериментального материала.

Научная новизна.

1. Разработана модель силового, взаимодействия колеблыцего-ся лемеха с почвой за цикл работы механизма подкапывания, позволившая исследовать динамические процессы в приводе.

2. Построена нелинейная динамическая модель; с помощью ко -торой исследовано влияние угловых зазоров на динамику привода с жесткими подвижными муфтами. , -

3. Решена задача оптимизации механизма привода колеблюцего-ся лемеха как задача минимизации целевой функции многих переменных при наличии ограничений.

Практическая ценность. Предложены конструктивные параметры механизма подкапывания, обеспечивающие работу корнеклубнеубороч-ных комбайнов на различных рабочих режимах. Результаты исследо -ваний внедрены в ГСКГБ по машинам для возделывания и уборки картофеля.

Апробация "работы. Основные положения диссертационной рабо -ты докладывались на всесоюзных научно-технических конференциях "Конструирование и производство сельскохозяйственных машин" (Ростов-на-Дону, ДРГУ), "Актуальные проблемы повышения техниче -ского уровня сельскохозяйственных машин" (Мэсква, ШСХОМ), "По -вышение качества и надежности продукции, программного обеспече -ния ЭВМ и технических средств обучения" (Самара, СГТУ), а также на ежегодных научно-технических конференциях ДГТУ.

Публикации.По теме диссертации опубликовано 5 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы из 135 на именований и приложений, включавдих программное обеспечение ра -боты и документы о внедрении. Диссертация содержит 150 страниц основного текста, 73 рисунка, 5 таблиц.

I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

В разделе, посвященном анализу конструкций машин и технологии уборки корней и клубней растений, отмечено, что в последнее время все большее применение находят активные лемехи. Отличительной особенностью активного колеблющегося лемеха является самоочищение лезвия и активное продвижение пласта по лемеху при любом состоянии почвы. Поэтому колеблющиеся лемехи в меньшей степени, чем другие типы, подверкены залипанию и забиванию растительными остатками.

По исследованиям Г.Д.Петрова, В.В.Пузанова, И.М.Фомина особенно эффективно использование колеблющихся лемехов для уборки корнеклубнеплодов на переувлажненных почвах.

В разделе, посвященном анализу работ по исследованию процессов резания почвы,отмечено, что этими вопросами занимались В.П.Горячкин, Е.Динглингер, И.Ратье, Г.Н.Домбровский, А.Д.Двлин, А.Н.Зеленин,В.И. Баловнев, Ю.А.Ветров и другие ученые.

Влияние скорости обработки почвы на тяговое сопротивление почвообрабатывающих машин изучалось И.З.Багировьш, П.Е.Никифоровым, Л.В.Гячевыы, В.В.Кацыгиным, А.Т.Вагиным, В.В.Милюткиныы и другими учеными. В работах отмечается значительное повышение тягового сопротивления пассивных рабочих органов при работе на высоких скоростях. Это обстоятельство объясняется особенностями механики процесса - затратами энергии на сообщение движения отделяющимся кускам почвы, а такке физическими причинами, заключающимися во внутренних изменениях структуры грунта, происходящих в результате изменения скорости воздействия.

В работах, посвященных исследованию динамики привода активных рабочих органов сельскохозяйственных машин отмечается, что в качестве динамических моделей были использованы линейные здно- и ыногомассовые системы с сосредоточенными параметрами, Xля описания движений которых использовались уравнения Лагранжа.

Исследованию динамики привода активных рабочих органов ючвообрабатывапцих машин посвящены работы В.И.Майстренто, С.Па-чеко, М.А. Яхья, В.И.Андреева, В.Н.Борисова и других исследователей. В работах внешние воздействия рассматривались как детер-

минированные или случайные. При изучении крутильных колебаний авторы ограничились рассмотрением линейных моделей.

Исследованию динамических процессов в картофелеуборочных комбайнах посвящены работы М.Б. Угланова, В.Я. йдейнова, В.И.Славкина, Е.Б. Карева, Г.Д. Петрова, Е.Т. Бекенова, В.Стем-пеня.

Литературный обзор позволил установить, что в проведенных исследсв аниях вопросы выбора оптимальных параметров механизмов . подкапывания не увязываются с вопросами их надежности, что особенно важно при работе машины в различных диапазонах скоростей. Описание динамических процессов в приводе с использованием линейных моделей не позволяет оценить влияние на динамику привода подвижных муфт, создающих угловые люфта.

Учитывая вышеизлокенное, целью исследования явилась разработка метода комплексного решения задач кинематики, динамики и надежности механизма подкапывания с колеблющимся лемехом, оптимизация конструкции этого механизма с целью повышения производительности и обеспечения заданного технологического процесса в более широком диапазоне скоростей движения агрегата.

В соответствии с поставленными целями задачи исследования были следующими:

I. Исследовать силовое взаимодействие почвы с колеблющимся лемехом с позиций механики резания почвы, с учетом особенностей кинематики механизма подкапывания, получить аналитическое описание силовых факторов, как внешних воздействий на систему привода колеблющегося лемеха.

¿. Исследовать динамику привода колеблющегося лемеха в линейной и нелинейной постановке задачи с целью оценки влияния возможных угловых зазоров в приводе на динамические процессы.

3. Разработать алгоритм оптимизации и программы расчета на ЭВМ, обеспечивающие нахоадение оптимальных конструктивных параметров механизма подкапывания с колеблющимся лемехом для различ ных диапазонов скоростей, движения машины и частот колебаний лемеха.

Дать рекомендации по выбору оптимальных конструктивных параметров механизма подкапывания.

2. СИЛОЬОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПОЧВЫ С КОЛЕБЛЮЩИМСЯ ЛЕМЕХОМ

В механизмах подкапывания с колеблющимся лемехом используются маятниковые лемехи, жестко крепящиеся на подвеске; ле-мехи, жестко крепящиеся к шатуну и совершающие плоскопараллельное движение; лемехи, совершающие колебания вместе с грохотом.

Во всех конструкциях механизма подкапывания амплитуда колебаний лемеха намного меньше длины подвесок, поэтому относительное двикение лезвия лемеха можно считать близким к прямолинейному возвратно-поступательному. Это позволило перечисленные выше конструкции механизмов подкапывания изучить с помощью обобщенной схемы, изображенной на рис. I.

Обобщенная кинематическая схема характеризуется следующими независимыми параметрами: х - эксцентриситет, I - длина шатуна, у - угол наклона линии колебаний, <1 - расстояние от оси эксцентрика до линии колебаний, - угол наклона лезвия лемеха к горизонту. Эти параметры определяются конструкцией механизма подкапывания.

Лемех совершает сложное движение, складывающееся из переносного (равномерного прямолинейного) двикения комбайна и относительного двикения вдоль линии колебаний а - а (рис. I). Траектория движения лемеха показана на рис. 2.

Р^с. 2. Траектория колеблющегося лемеха

Процесс подкапывания пласта состоит из периодически повторяющихся фаз резания (0-1-2) и подбрасывания (2-3-4). Для выполнения технологического процесса подкапывания почвенного пласта необходимо соблюдение ряда известных требований. Так, в фазе резания необходимо исключить дополнительные сопротивления между нижней поверхностью лемеха и дном борозды, то есть угол резания должен принимать положительные значения. В фазе подбрасывания желательно избежать дальнейшего резания грунта, то есть вектор абсолютной скорости лемеха должен быть отклонен от вертикали в сторону противоположную движению комбайна. Режим колебаний лемеха должен обеспечивать подбрасывание лежавшей на лемехе почвы к моменту начала фазы резания.

Вышеназванные условия выполнения технологического процесса были учтены при моделировании воздействия на лемех со стороны почвы, что привело к появлению ряда ограничений на конструктивные и кинематические параметры механизма подкапывания.

Для комплексного решения задачи выбора оптимальных параметров механизма подкапывания, режимов работы, а также допустимых уровней динамического нагружения определялось силовое воздействие почвы на лемех. Процесс взаимодействия лемеха с почвой

за период колебаний Т был представлен в виде четырех последовательных фаз I - 1У (рис. 2).

I фаза ( 1 о-^'Ь-^^кр ) — линейно-упругих деформаций почвы. Б этом случае на лемех действуют касательная и нормальная силы сопро-тивления смятию почвы, определяемые через коэффициент объемного смятия. Время Iкр соответствует началу процесса резания почвы, когда деформация почвы достигает критического значения и начинается ее разрушение.

П фаза ( 1Кр 4 1: 4 ) - резания почвы. В этом случае сила сопротивления представлялась в виде касательной и нормальной составляющих силы сопротивления резанию. Касательная составляющая определялась по формуле В.П.Станевского, а нормальная -по формуле Ю.А. Ветрова. Кроме того, во второй фазе учитывались силы кулоновского трения почвы о лезвие лемеха и нормального давления со стороны подрезанной части пласта.

В третьей фазе ( 12 4 1 4 ^ ) происходит движение подрезанного пласта почвы вместе с лемехом. При этом принималось, что силы взаимодействия с остальным массивом почвы отсутствуют, поэтому на лемех действуют силы трения и нормального давления, величина которых определяется весом почвы и силой инерции массы почвы, лежащей на лемехе и движущейся вместе с ним.

В момент времени происходит отрыв подрезанной части

почвы от поверхности лемеха, поэтому считалось, что в 1У фазе ( I„4,где Ц-ТЧа) на лемех силы со стороны почвы не действуют.

Приведенная модель взаимодействия лемеха с почвой была использована для определения внутренних сил, возникающих в шатунах, момента сопротивления на эксцентриковом валу механизма подкапывания.

Для определения осевых усилий шатуны были рассмотрены в условиях кинетостатического равновесия под действием системы сил, описанной вше для каждой фазы движения лемеха. Разрывы полученных функций осевых усилий, обусловленные идеализирован- ■ нкм характером модели взаимодействия лемеха с почвой ликвидировались с помощью функций сглаживания. График функций осевых усилий в шатунах представлен на рис. 3 (кривая I). Там же представлена осциллограмма осевого усилия в шатуне, полученная экс-

периментально (кривая 2). Видно, что принятая модель удовлетворительно описывает процессы нагружения механизма подкапывания при работе в полевых условиях.

Рис. 3. Усилие в шатуне: I - теория, 2 - эксперимент

Рис. 4. Момент сопротивления

Момент сопротивления, приведенный к оси эксцентрикового вала, использовавшийся в дальнейшем в качестве входного воздействия на привод как динамическую систему, определялся как обобщенная сила через элементарные работы внешних сил на элементарном перемещении системы, определяемом приращением угла поворота эксцентрикового вала. Вид функции момента сопротивления за период колебаний лемеха представлен на рис. 4.

3. ДШАЖМ ПЯ1Б0ДА КОЛЕБЖЩЕГОСЯ ЛЫЙШ

Установлено, что тип используемых в приводе муфт(3, рис.6) существенно влияет на динамику привода. При использовании глухих и упругих муфт угловые люфты в приводе практически отсутствуют. При использовании жестких подвижных (например, цепных) муфт возникает суммарный угловой люфт до 3 приводящий к дополнительным динамическим нагрузкам в приводе при пульсирующих или знакопеременных воздействиях со стороны механизма подкапывания.

В связи с этим в работе динамический анализ привода произведен с использованием линейной модели (при использовании глухих и упругих муфт) и нелинейной (при использовании жестких подвижных муфт).

При исследовании привода с глухими и упругими муфтами использовалась одномассовая колебательная модель, дифференциальное уравнение крутильных колебаний которой имеет вид:

ЗСр + И«]) + с^ = Мс и) , (I)

приведенный к эксцентриковому валу момент инерции рабочих органов (лемеха, шатунов, эксцентрикового вала и шкива); приведенный коэффициент демпфирования; жесткость системы, определяемая жесткостью ремня клиноременной передачи; угол поворота инерционной массы;

где ] -

Ь -

С -

ч-

МсШ - момент сопротивления на эксцентриковом валу, определенный во втором разделе работы.

Для наховдения решения уравнения (I) была составлена программа для ЕС ЭВМ, позволившая при заданных конструктивных параметрах механизма подкапывания и рекиме работы определить крутящий момент

Мк= + Ьчр , (2)

нагрукащий трансмиссию. При этом проверялось выполнение агротехнических требований и, в случае необходимости, производилась коррекция конструктивных и кинематических параметров. Программа основана на непосредственном численном интегрировании функции Мси) . Решения чр и) находились с использованием метода Рунге-Р^утта.

На рис. 5 представлены результаты расчета (график I) амплитуд момента на приводном валу в зависимости от заглубления лемеха. Там ке представлены результаты экспериментов (график 2). Таким образом, расчеты с использованием линейной модели дают удовлетворительное совпадение с экспериментом при установке в приводе глухих или упругих муфт.

Рис. 5. Зависимость амплитуды моментов от заглубления лемеха: I - теория, 2 - эксперимент

При исследовании динамики привода, оснащенного жесткими подвижными муфтами .была использована нелинейная одномассовая модель, представленная на рис. 6.

Д

Рис. 6. Нелинейная модель

Упругая характеристика такой модели представляет собой кусочно-линейную функцию

Ро(Ч)=

1><-т

-т< Ч <

г

?> I

(3)

где д - величина углового зазора (рис. 5).

Следовательно, имеет место нелинейная позиционная восстанавливающая сила, увеличивающаяся с возрастанием обобщенной координаты (^ > 0) и уменьшающаяся при ^ < 0.

Поведение нелинейной модели описывается системой дифференциальных уравнений:

Ч> + + кгЧ> =т2(Л) > Ч> + = т, (Л) , ^ + 2 п^ + = т3и)

1><-| т

Т» А

»

где ; k.ff; m, (.i) = Msiil ;

Таким образом, получена неавтономная система с кусочно-линейной упругой и линейной диссипативной характеристиками. Точное решение этой системы находилось с помощью метода поэтапного интегрирования, причем, решалась задача нахождения решения 4>(t) того же периода, что и функция МС(Л)

Решение системы (4) для произвольной функции Mc(t) представляет существенные трудности, поэтому в работе рассмотрены свободные колебания систеш, действие гармонической вынуждающей силы (холостой ход механизма подкапывания), действие вынуждающей силы вида" Melt) Mi. cosiwt (рабочий регат), проанализировано влияние линейного трения на поведение системы, а также возможность возникновения одностороннего удара.

Расчеты показали, что при работе комбайна с частотами колебаний лемеха ниже резонансной частоты привода возможно значительное увеличение амплитуд крутящих моментов. Дг.я оценки влияния зазора на величину амплитуды крутящего момента в приводе был введен коэффициент влияния зазора

где Ай - амплитуда момента при заданном угловом зазоре в приводе,

А о - амплитуда момента при отсутствии зазора.

о,г о,ч о,б ик1

Рис. 7. Коэффициент влияния зазора при

Д = 0,1 рад(1), Д =0,075 рад(2), Д =0,С5 рад(З), д =0,025 рад(4)

На рис. 7 представлена зависимость коэффициента от

отношения частоты колебаний лемеха со к собственной частоте линейной системы к для рабочего режима комбайна. Видно, что с увеличением зазора д амплитуды моментов в приводе растут на всех частотах. При приближении частоты колебаний лемеха к резонансной, амплитуды моментов могут возрастать в два раза по сравнению с амплитудами линейной системы.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НАГРУЖЕННОСТИ ПРИВОДА КОЛЕБЛЩЕГОСЯ ЛЕМЕХА В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ

Экспериментальное исследование динамических процессов в механизме подкапывания и его приводе проводилось на полях опытного совхоза института лекарственного растениеводства (Московская область). Эксперименты проводились на валерианоуборочном комбайне ВК-С,3, унифицированном с картофелеуборочным комбайном ККУ-2А. Программой проведения эксперимента предусматривалась холостая прокрутка машины, работа на различной глубине выкопки с различной скоростью движения, оценка снижения сил сопротивления при использовании колеблющегося лемеха по сравнению с пассивным.

Для проведения экспериментов комбайн был оборудован тензо-метрическими преобразователями. На рис. 8 представлена кинематическая схема механизма-колеблющегося лемеха и показаны места установки преобразователей. Вращение от вала отбора мощности I через редуктор 2 передается к приводному валу 4, который является составным, соединенным муфтами 3» Далее вращение через ременную передачу 5 передается эксцентриковому валу 6,который через шатуны 7 приводит в движение колеблющийся лемех 6, крепящийся на подвесках II. Тензометрический преобразователь 10 крутящего момента представлял собой мост касательных напряжений, собранный из четырех тензорезисторов 2-ПКБ-20-200. Электрический сигнал от тензорезисторов передавался при помощи ртутного токосъемника типа ТРАП. Тензометрические преобразователи

Рис. 8. Кинематическая схема

усилия в шатунах 9 представляли собой два тензорезистора типа 2-ПКБ-20-200, включенных последовательно в одно из плеч измерительного моста. Кроме того, комбайн был оборудован отметчиками оборотов эксцентрикового и приводного вала, а также оси колеса комбайна. В качестве регистрирующего устройства использовалась тензостанция типа СТИЛ, оснащенная усилителями типа 8-АНЧ-7М и осциллографом Н0041М.

Результаты холостой прокрутки механизма с различной скоростью вращения показали, что при установке глухих муфт динамическая система привода имеет резонансную зону в диапазоне частот вращения приводного вала п = 450-500 об/мин, что соответствует частоте собственных крутильных колебаний ы = 47-51 с . При установке жестких подвижных муфт при частоте

п = 200-300 об/мин происходит резкое увеличение амплитуды крутящего момента за счет угловых люфтов в приводе. Характер циклов момента при этом становится близким к пульсирующему, в отличие от знакопеременного, полученного при использовании глухих муфт.

По осциллографическим записям, полученным в поле, определялись средние значения амплитуд моментов на приводном валу на различных режимах работы, а танке средние значения моментов за цикл работы механизма при установке в приводе как глухих, так и жестких подвижных муфт. На рис. 9 представлены зависимости амплитуд и средних значений моментов на приводном валу от глубины выкопки при различных скоростях движения агрегата. Из графиков видно, что с увеличением глубины выкопки возрастают как амплитуды, так и средние значения моментов. Амплитуды моментов при использовании жестких подвижных муфт существенно выше, чем при использовании глухих муфт.

5. ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ МЕХАНИЗМА ПОДКАПЫВАНИЯ

Для обеспечения работоспособности механизма подкапывания в более широком диапазоне скоростей движения машины, при сохранении допустимых уровней динамического нагружения деталей, решалась задача выбора его оптимальных конструктивных параметров. .

В качестве критерия оптимизации принята амплитуда крутящего момента Ам , нагружающего валы привода. При этом рассматривалась линейная динамическая модель. Величину Ам определяют параметры, связанные с агрофоном и технологией уборки, кинематические и конструктивные параметры механизма подкапывания, массово-геометрические и упруго-диссипативные характеристики привода. На эти параметры накладываются ограничения, обеспечивающие наиболее благоприятный режим подкапывания почвенного пласта. Поэтому задача выбора оптимальных параметров механизма подкапывания с колеблющимся лемехом представляет собой задачу минимизации Ам как функции многих переменных при наличии ограничений, наложенных на параметры.

Программа минимизации Ам была разработана на основе метода конфигураций (метод Хука-Дкивса), являющегося методом прямого поиска, и реализована на ЕС ЭВМ. Оптимизация с учетом ограничений реализована на основе метода штрафных функций.

м,

кн.м

0,5 0,4

о,г

о,г Н,м о о,1 о,г Н,м

Рис. 9. Амплитуды (1,2,3,4) и средние значения (5,6,7,6) моментов на приводном валу при установке глухих (а) и подвикных(б) муфт 1,5,0 - V = 0,54 МО"}; 2,6,« - V = 0,71 мс"}, 3,7, д - V = 0,93 не-1? 4>ь>* - V = I 20 мел

Результаты оптимизации по эксцентриситету х вала, углу "X-мекду плоскостью лемеха и осью шатуна и длине К подвесок лемеха для различных режимов работы механизма подкапывания, характеризуемых угловой скоростью эксцентрикового вала со и скоростью движения комбайна V , представлены в таблице.

Таблица

Оптимальные значения параметров механизма подкапывания

Режим работы__Параметры

У.М^С"1 г, м зе,рад

45 0,5-1,0 0,021 0,27 0,18

45 С,5-1,5 0,033 0,33 0.18

45 1,0-1,5 0,033 0.26 0,18

65 0,5-1,0 0,015 0,18 0,22

65 0,5-1,5 0,022 0,22 0,22

65 0,5-2,0 0,028 0,23 0,22

65 0,5-2,5 0,033 0,24 0,22

65 1,0-2,5 0,033 0,18 0,22

65 1,5-2,5 0,033 0,15 0,22

65 2,0-2,5 0,033 0,12 0,22

При выборе оптимальных параметров для узкого диапазона скоростей движения комбайна (й V = 0,5 мс амплитуды крутящего момента в приводе снижаются по сравнению с фактическими. При расширении диапазона скоростей движения комбайна наблодает-ся рост уровней динамического нагружения привода, причем, расчетные значения амплитуды момента в оптимизированной конструкции превышают амплитуды моментов для фактических конструктивных параметров. На рис. 10 представлены зависимости амплитуд момента в приводе от скорости движения комбайна для фактических параметров механизма подкапывания (I) и оптимизированных для ряда диапазонов рабочих скоростей (2,3,4). Пунктирный участок кривой I соответствует области, где нарушаются технологические

- 20 -

условия подкапывания пласта и появляются дополнительные силы сопротивления, не учтенные в расчетной модели.

' КН.М 0,50

С\15 0

0,5 1,0 1,5 2,0 V, И-С"1

Рис. 10. Зависимость амплитуды момента от скорости движения комбайна

Таким образом, оптимизация параметров механизма подкапывания позволяет расширить диапазон рабочих скоростей комбайну, однако,при этом возрастает динамическая нагрукенность привода. В связи с этим были составлены прогнозы показателей надежности основных элементов привода и оценено влияние на эти показатели увеличения уровней динамического натруКения, расчеты показали, что ресурс ремня ременной передачи привода снижается в связи с увеличением переменной составляющей момента, но остается не менее 1500 часов, что обеспечивает работоспособность привода в течение 7-10 лет. Расчеты трансмиссионных валов на усталостную прочность показали, что их коэффициенты запаса не ниже допустимых^для сельскохозяйственных машин.

• б. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

I. В сельскохозяйственном машиностроении все большее распространение получают механизмы подкапывания корнеклубнеубороч-ных машин с активными рабочими органами. Механизмы подкапывания с колеблющимся лемехом, однако, требуют применения специального привода, создают вибрационные нагрузки в этом приводе, что при-

водит к необходимости увязывать оптимальные конструктивные и кинематические параметры механизма подкапывания с конструкцией привода, обеспечивающей достаточную надежность.

2. Выполнение технологического процесса подкапывания почвенного пласта требует соблюдения ряда условий: угол резания должен принимать положительные значения, вектор абсолютной скорости лемеха в фазе подбрасывания должен быть отклонен от вертикали в сторону противоположную движению комбайна, режим колебаний лемеха должен обеспечивать подбрасывание почвы. Эти условия накладывают ограничения на оптимизацию конструктивных и кинематических параметров.

3. Силовое взаимодействие лемеха с грунтом на фазах 1-1У работы механизма различно, поэтому в работе получены различные аналитические зависимости, моделирующие это взаимодействие, Разработанная в диссертации модель взаимодействия лемеха с грунтом (по фазам) позволила найти в аналитической форме момент от сил сопротивления на эксцентриковом валу, являющийся входным воздействием на динамическую систему привода. Погрешность результатов, полученная при таком способе моделирования, не превышает 15 %.

4. В зависимости от типа муфт, используемых в приводе колеблющегося лемеха, аналитическое описание динамических процессов в приводе получено различным. При использовании глухих или вту-лочно-пальцевых муфт допустимо использование линейных динамических моделей. Пии использовании жестких подвижных муфт (например, цепных), создающих угловые люфты в приводе, аналитическое описание динамических процессов требует использования нелинейных моделей. В последнем случае упругую характеристику динамической системы целесообразно представить в виде кусочно-линейной функции, что дает возможность получения точных решений.

5. Частотная характеристика нейлинейной динамической системы зависит от величины углового" люфта в приводе, появление которого снижает резонансную частоту динамической Системы по сравнению с собственной частотой системы, не имеющей люфтов. Сднако, это снижение уменьшается с увеличением уровня динамического нагру-жения.

6. Теоретические и экспериментальные исследования показали, что крутящий момент в приводе изменяется циклически, вид цикла зависит от используемых в трансмиссии муфт. При использовании

подвижных жестких муфт, имеющих угловой люфт, крутящий момент в приводе изменяется либо по знакопеременному, либо по пульсирующему циклу в зависимости от уровня нагружения. При использовании глухих муфт крутящий момент имеет знакопеременный характер с коэффициентом асимметрии И =(-0,5 + 0,7). Амплитуды моментов в приводе меньше при использовании глухих муфт.

Уровни динамического нагружения в приводе увеличиваются с увеличением глубины выкопки и скорости движения комбайна по практически линейной зависимости.

7. Среднее значение и амплитуда осевого усилия в шатунах привода лемеха существенно зависят от глубины выкопки. При двукратном увеличении глубины выкопки амплитуда осевого усилия увеличивалась в 1,5 + 2 раза. Сравнение среднего осевого усилия в шатуне колеблющегося и пассивного лемехов показало, что колебательное движение лемеха обеспечивает снижение силы сопротивления в два раза.

8. Многофакторная оптимизация конструктивных и кинематических параметров механизма подкапывания с колеблющимся лемехом корнеклубнеуборочных машин может быть только условной, так как требует наложения на варьируемые параметры ограшчений, связанных с особенностями кинематики механизма подкапывания. Практическое решение задачи оптимизации целесообразно по эксцентриситету вала, углу установки лемеха и длине его подвесок.

9. При решении задачи оптимизации целесообразно использовать модифицированный метод конфигураций, являющийся методом прямого поиска. Результаты оптимизации показали, что при частотах колебаний лемеха со = 35 + 45 обеспечение заданного технологического процесса подкапывания возможно при скоростях движения комбайна V = 0,5 + 1,5 ы для более высоких скоростей ( V = 1,5 + 2,5 м с необходимо повысить частоту колебаний лемеха до со = 55 + 65

10. При оптимизации конструктивных параметров механизма подкапывания для конкретного рабочего режима можно существенно снизить уровни динамического нагружения привода. С расширением диапазона скоростей движения машины уровни динамического нагружения оптимизированной конструкции увеличиваются.

11. Существующая конструкция механизма подкапывания валери-аноуборочного комбайна ВК-0,3 является близкой к оптимальной при скорости движения V = 0,5 + 0,75 м с для более широ-

кого диапазона скоростей ( V = 0,5 + 1,2 м с~*) требуется увеличить эксцентриситет вала с г = 0,016 м до г= 0,021м, уменьшить угол установки лемеха с "X = 0,3 рад до зе = 0,27рад, при этом длины подвесок можно оставить без изменения (И =0,18м). Для успешного выполнения технологического процесса в диапазоне скоростей 0,5 * 2,5 м необходимо повышение частоты колебаний лемеха до 60 + 65 с"*, длины подвесок долины быть увеличены до 0,21 - 0,22 м, оптимальные значения эксцентриситета и угла установки лемеха при этом составят 0,033-0,035 м и 0,24-0,26 рад. Уровни динамического нагрукения при этом увеличатся, однако, запасы прочности по усталости в опасных сечениях приводного и эксцентрикового валов остаются допустимыми. Ресурс ремня ременной передачи составит не менее.1500 часов, что обеспечит работоспособность комбайна в течение 7-10 лет.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ

ОПУБЛИКОВАНЫ В СВДШрХ РАБОТАХ

1. Разработка методики автоматизированного выбора параметров подкапывающих органов валерианоуборочного комбайна//Тез.докл. Всесоюзной научн.-техн.конф. "Конструирование и производство сельскохозяйственных машин", 1985 г. - Ростов н/Д: РИСХМ, 1965.

- с. II-12(Соавтор Гильман А.Я.).

2. Влияние зазоров на динамику механизма привода подкапывающих рабочих органов корнеклубнеуборочного комбайна//Тез.докл. Всесоюзной научн.-техн.конф. "Актуальные проблемы повышения технического уровня сельскохозяйственных машин", 7-9 янв. 1967 г. -М.:ВИСХОМ, 1986. - с. ПОССоавтор Гильман А.Я.).

3. Выбор оптимальных конструктивных параметров с целью повышения надежности механизма привода подкапывающих рабочих органов корнеклубнеуборочного комбайна//Тез.докл. Всесоюзной научн.-техн.конф. "Повышение качества и надежности продукции, программного обеспечения ЭВМ и технических средств обучения", 19-21 сент. 1989 г. - Куйбышев, 1989. - с.52-53(Соавтор Гильман А.Я.).

4. Исследование нагрукенности привода подкапывающих рабочих органов валерианоуборочного комбайна/ РИСХМ. - Ростов н/Д,1988. -Юс.- Деп. в ЦНИЙТЭИтракторсельхозмаш 22.08.88, №1039-тс 88. (Соавторы Грошев Л.М., Гильман А.Я., Мартынов Ю.Ф.)

5. Исследование прочности и надежности металлоконструкции

и привода валерианоуборочного комбайна БК-0,3: Отчет о НИР/РИОШ; тема № 410.00.00; № Г Р. 018400078427; Инв. № 02850041951. -Ростов н/Д, 1984. - ИЗ с.