автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.04, диссертация на тему:Разработка и обоснование параметров рычажного привода рабочего органа хлопкового опрыскивателя ОВХ-28

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН ТАШКЕНТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени АБУ РАЙХАНА БЕРУНИ

На правах рукописи

ИШАНКУЛОВ Мухамаджан Умурзакович

РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ РЫЧАЖНОГО ПРИВОДА •. - РАБОЧЕГО ОРГАНА ХЛОПКОВОГО ОПРЫСКИВАТЕЛЯ ОВХ-28

Специальность 05.20.04— Сельскохозяйственные и гидромелиоративные машины

АВТОРЕФЕРАТ

диссертаций» на .соискание ученой степени кандидата технических наук

Ташкент —1992

Работа выполнена в лаборатории «Теория механизмов и машин» Института механики и сейсмостойкости сооружений им. М. Т. Уразбаева АН Республики Узбекистан.

Научный руководитель — кандидат технических наук,

Официальные оппоненты — доктор технических наук, ака-

— кандидат технических наук, профессор Хамидов А. X.

Ведущая организация — Завод «Ташхимсельмаш»

часов на заседании специализированного совета в Ташкентском Государственном техническом университете им. Беруни по адресу: 700095, г. Ташкент, ГСП, ВУЗгородок, ул. Университетская, 2. ФКМА. ауд. 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке

старшин научный сотрудник Каримов Р. И.

демик АН Республики Узбекистан Усманходжаев X. X.

Защита состоится «_ »_ 1^11992 г. в

ТашГТУ (70001 1, Ташкент, ул. Навои, 13).

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного кандидат технически

ИСМАНОВ М. А.

г „. _ 1 ч

:СШАЯ УЛРШЖШТА/Л РАБОТЫ Актуальность теми. Исследованиями ресурса работы узлов

¡опрыскивателей ОВХ-28, проведенными в СредазГОСНИТИ и ЦОКТБ установлено,что одним из наименее надежных узлов является кулачковый привод колебательного движения рабочего- органа. Основной причиной нестабильной работы кулачкового привода является его повышенная виброактивность,следствием которой является интенсивный износ кулачка,ролика, а также потеря устойчивой работы пру-адкы силового замыкания."

Увеличение ресурса безотказной работа привода рабочего органа опрыскивателя ОБ Х-23 целесообразно производить двумя путями:

1.Снижение нагруженности звеньев кулачкового Привода за этет рационального выбора его параметров,

2.Замена кулачкового привода на рычажный. Поэтому исследование.направленное на изучение нагружен -ности звеньев кулачкового привода рабочего органа хлояково -, го опрыскивателя ОВХ-28 с различной- конструкцией системы силового замыкании и разработку рычажного привода , замзнящего кулачковый,следует считать актуальными.

Работа выполнена в соответствии с планами НИР лаборато -рии "Теория механизмов и машин" Института механики и сейсМо -стойкости сооружений имени М.Т.Уразбаева Академий Наук Республики Узбекистан по теме: "Системное моделирование, ана-' лиз и теория проектирования энергонеханических сиотам с ли -нейными цепями механизмов / № : Гос.регистрация 01870054742/.

Ца^ь исследования. Разработка геометрических,кииематпес них и динамических характеристик и обоснование конструктив -них параметров кулачкового и рнчачшого приводов рабочего органа хлопкового опрыскивателя ОЗХ-28.' 1

■ Обьект исследования. Привод рабочего органа хлопкового опрыскивателя ОВХ-28.■ '

Мвтртта исследований. Для расчетов кинематических ха -рактеристлк рабочего органа использована уравнения кинематического анализа кулачковых и рычалних механизмов-Геомвтри -чаекке паргмегри рычажного' привода рабочего органа получены

на основа методов синтеза плоских рычажных механизмов, дина -ыическиа расчеты кулачкового и ричасного приводов получена на основа общих методов динамики машин с применением ЗШ, Экспериментальные исследования выполнены в лабораторных и полевых условиях и с использованием современных методов к средств тензометрии.

Научная новизна. Предложены аналитические выражения для расчета аесткости упругой связи рычажно-кулачкового привода рабочего органа хлопкового опрыскивателя.Состав -ланы динамическая и математическая модели для определения . законов движения в нагружаннссти элементов кулачкового к рычажного приводов рабочего органа хлопкового опрыскнва ~ теля ОВХ-28.Исследовано влияние скоростных и инерционных параметров кулачкового и рычажного приводов на нагруженность их деталей.Определены рациональные и динамические параметры привода рабочего органа хлопкового опрыскивателя ОВХ-28. Практическая понкость работы определяется 'следующим: -разработшшая методика кинематического и динамического расчетов кулачкового и рычажного приводов рабочего органа хлопкового опрыскивателя ОВХ-28 и соответствующие программы для ЭВМ могут быть использованы при проектировании приво -дов рабочих органов опрыскиватаяей,совершающих колабаталь -вое движение;

-определены квазиоптимальные значения для ряда скоростных режимов работы тросикового привода рабочего органа хлопкового опрыскивателя ОВХ-28;

-разработана конструкция рычажного привода рабочего органа хлопкового опрыскивателя ОВХ-28,позволяющая упростить технологию изготовления системы привода,снизить еэ металлоемкость, а также увеличить не менее чем в 2 раза его ресурс работы.

Реализация результатов исследований. Изготовлен опыт -ный образец рычажного привода рабочего органа хлопкового оп -рыскивателя ОВХ-28,который пропел лабораторно-полевыв испы -танин на пйдях совхоза "Кремль" щукинского района Ташкент -ской области. Результаты теоретических исследований пера -

даны в ЦПКГБ Ш Академии Взук Республики Узбекистан и были использованы при проектировании рычажного привода рабочего органа хлопкового опрыскивателя ОВХ-28.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на :

- Всесоюзной научно-практической конференции : "Ученые и специалисты в решении проблемных вопросов Теории механизмов и машин хлопкового комплекса".Ташкент,1990.;

- заседаниях объединенного се»тнара Института механики и сейсмостойкости сооружений имени М.Т.Уразбаева АН Респуб -лики Узбекистан. Ташкент,1989-1991 гг.;

.- заседании научного семинара Ташкентского Государственного технического университета при специализированном совете К 67.07.02.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликованы в 4-х научных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения,четырех глав,выводов и заключения^ также приложений. Общий объем диссертации составляет 156 страниц машинописного текста с 40 рисунками,списка использованной литературы из 71 •наименований.

СОДЕРЖАНИЕ ' РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность те»«ы,отражена мето -дика исследований,научная новизна и практическая ценность . работы.

В первой главе дан критический обзор конструкций приводов рабочего органа хлопковых спрыскивателей.Приводитсл ана -лиз теоретико-экспериментальных работ,посвяшенных изучению кинематики,динамики,прочности и надежности деталей приводов хлопковых опрыскивателей,рабочий орган которых совершает ко -лебательноп движение в горизонтальной плоскости относительно продольной оси трактора.

Изучение состояния вопроса показало,что существующие • приводи рабочего ергшп рассматривавших хлопковых опрыскивателей имчгт .ига с?гг?стрекнчх недостатка: сложность в ияготов

лешш; ив обеспечивают требуемого ресурса безотказной работы.

Исследования!проведенииа в Института Механики и сейсмостойкости сооружений им.М.Т.Уразбаева АН Республики Узбекис -тан показали,что геометрические,кинематические. и динамичез -кие параметры кулачкового привода рабочего органа далеки от оптимальных. Анализ литературных источников показал,что в нас тоящзе время не имеется научно-обоснованных рекомендаций по выбору законов движения рабочих органов,совершающих колеба -тельное движение,» также отсутствие методик по динамическому расчету кулачковых приводов опрыскивателей ОВХ-28.

Общеизвестно,что в современной практике машиностроения, в силу ряда существенных преимуществ рычажных механизмов над кулачковыми,имеется тенденция к замене кулачковых механизмов рычажными.

На основании этого в задачу исследований входили следующие вопроси:

-разработать методику динамического расчета кулачкового привода рабочего органа хлопкового опрыскивателя ОВХ-28;

-изучить влияние скоростных режимов работы привода и ' инерционных параметров рабочего органа на нагруженность звен1 ев привода; .

-обосновать геометрические параметры рычажного привода рабочего органа хлопкового опрыскивателя ОВХ-28;

-провести исследования кинематических и динамических ха рактеристик рычажного привода рабочего органа и разработать на этой-основе его .конструктивные параметры;

-проверить в натурных условиях правильность теоретичес -ких предпосылок и работоспособность предлагаемого рычажного привода рабочего органа.

. Во глара изложены результаты моделирования дина!,

кв кулачковых приводов рабочего органа хлопковых опрыскивата дйй ОВХ-28. Сделан анализ кинематических характеристик исслв дуемых приводов.Составлены расчетная схема и аналитические вь ражания Для определения параметров системы силового замыканш рычажно-кулачкового привода.По результатам расчетов на ЭВМ -БЭСМ-6 получена зависимость изменения Мипр -момента сил упругости пружины силового замыкания относительно оси врате -Н*я зубчатого сактора,которая показана на рис.1.

На основе сравнительного анагаза момента от сил гаерцан ■абочего органа и Мупр установлено,что при интервалах уг-:ах поворота кулачка на 4>к = 115° ♦ 160°; % = 205°+250° аступает отрыв ролика зубчатого сектора от кулачка. 1 следствие этого появляются ударные дииамические нагрузки,что :вляэтся причиной поломок зубьов сектора, износа пулачка я ройка. Для безударного режима работы механизма рекомендуется ;оэ$Фициент жесткости пружину силового эачнканяя равный ! = 7,5 • 10й Н м .

Гис.1. Зависимость изменения момента сил упругости пружины силового зтикания.

С целью изучения нагружанности звеньев тросикового привода абочего органа хлопкового опрыскивателя 0ЕХ-28,показанного на ис.2, с учетом некоторых допущения составлена четнрехмассо -ая динамическая модель его круткльнше колебаний.

Уравнения движения масс привода получены в следупреМ виде!

Сг ш [Ъ -

в

№з-&Ы -фг^Шд] (')

Рис,2.Кинематическая ехала тросакового привода рабочего

органа хлопкового опрыскивателя ОВХ-23: 1-кулачок; 2 - диск ; 3,4,5 - элемента силового зиыыка -ния ; 6 - рабочий орган; ?- ингради енг;В-грос;Э-ралшс .

где , О1 С,.,

- угол поворота и коиеит гшерщш кулачка;

- функция положения диска;

- приведенииэ к кулачку коэффициент; касткос-ти и эквивалентного сопротивления участка " БОМ - кулачок ?;

- приведенная'к валу кулачка угловая скорость веду -шею вала привода;

- передаточное отношение тросиковой передачи; £ ^ -приведенные к рабочему органу коэффициенты

а . жесткости." и. эквивалентного линейного сопро -тивления;

- угол поворота и момент инерции рабочего органа.

Уравнения движения масс привода рабочего органа опрыскивателя ОВХ-28 решались на ЭВМ БЗСМ-6 методом Руаге-Кутта с ав -

5

Я

теклтичесягм внборо?л rnar,", интегрирования.

Установлено,что о увеличением <fa с 0,8 с

^ до 2,4 с"1

колебаний крутящего момента па валу кулачка возрастая?

размах

л 87 Нм до 391 Им, а при увелаченян с 4 кгм2 до 12 г.гм

соответственно с 135 Ем до 315 Нм;

Расчета покапала^что пря числе оборотов кулачка 71 к- - 16об/пп,

=8,10 кгм" наибольшие пагрузкй мезцуг кулачком п ролике« кмяют пря повороте кулачка fia 178° й рпЕНН 2200 H, а накси -чальиая реакция в опоре днска 1980 Н. Из условия иеразрнвностл контакта мэжду рол як ом диска и кулачком определена минимально допустимая рекомендуемая яосткость пружины силового э аиыкания тля ряда значения if0 я Jj

Вариация ipa i Oj ~ 8'1а и""2 % .с"1 0.8 1.2. 1.6 2 2,4

СПр , Н/м 470 1240 2350 3770 5450

,-1

= 1,57 с" 6 8. 1850 2600

10

3300

12

вдоо

Вариация Jj , кто2 4 фР, Н/и 1180

Третья глава посатщена обоснованию и расчету геометрических .кинематических и динамических параметров рачаяного привода рабочего органа хлопкового.опрыскивателя ОВХ-23. Необходимая Енсокзл точность изготовления кулачкового .механизма,наличие вис-¡язЗ кинематической пары системы силоврго зймыкаягя.нодостатотанЗ безотказный ресурс эксплуатации - основные недостатки пртЕоца рабочего органа хлопкового опрыскивателя ОВХ-28. 1 Поэтому предложено замена кулачкового привода па плоский шар • кврный четцрэхзвеняик,показанный па рис.3.

Применение рычатного механизма существенно упротет конструкции привода рабочего органа опрыскивателя.

Гесмогричэскиэ размеры кршзошпа 2- ' и шатуна С- бшга ■ опредолегш с учетом сохранения неизменной конструкцию серийного даска /гсорогисла/. В этом случае ось ролика' является местом сое длнпния шпгуна л коромысла. Величины 2 определялись по

счлпу"".пти гшрпгепяяч:

е- = +e0lB')/2

+ Ьс&рг- Ъщах)]** [^¡ф-Ът«*)]1'

где Ъ-тчх . ТзтЯ/Ч -углы между . «О^О*

(рис.2) при крайних положениях рабочего органа.

А --

' Рис.3. Кинематическая схема рычажного привода рабочего органа хлопкового опрыскивателя ОВХ-28: I - крирошип; 2 - шатун ; 3 - коромысло; 4 - трос ;

•5 - рабочий орган ; б - инградиент . Для заданных значений' О^Оц = 0,129 м, 0^6 - 0,09»» получены: длина кривошипа & - 0,058 м,длина шатуна £ = 0,122 м. При помощи ЭВМ получены закономерности изменения функции положения,первой и второй передаточной функций коро мысла рычажного привода рабочего органа хлопкового опрыскив Теля ОВХ-28. Обоснованы динамическая и математическая модел крутильных колебаний кулачкового привода, в данном случае отсутствуют параметры силового замыкания,а также используют ся кинематические характеристики шарнирного четырехэвенника По результатам решений на ЭВМ БЭСМ - 6. построены закономерн

ти изменения угловых перемещений,скоростей и ускорений рабочего органасПолучэгш графики изменения крутящих моментов на валах привода и рабочего органа. Бинвлено, чго при 1{>0 = 1,67с""* на участка движения коромысла 28° £ ^3 £ 108° экстремальнее значения угловой скорости и ускорения рабочего 'органа соответственно равны - 3,02 и - 7,Ь6 с" и по-лучаотея при правом крайнем положении рабочего органа.Максимальные амплитудние значения крутящего момента на валу кривошипа получается при Ч^ = 30° и составляет = 142 Н м, а на валу рабочего органа при Ч^ = 0 и равно =

-98 Н м. Построен« закономерности изменения N-1 » Мг в функции ч>в , С/3 , Сц . Сравнительный анализ крутящих моментов на ведущем валу привода и валу рабочего органа пока -зал,что величина размаха колебаний крутящего момента на этих валах,в приводе с рнчажным механизмом на 10 15 % ниже,чем в привода с кулачковым механизмом. Экстремальные значения крутящих моментов на этих валах рассматриваемых приводов также близки друг к другу. На основании этого можно считать, что конструктивные параметры валов кривошипа и рабочего органа могут быть как у серийного. Даны рекомендации по выбору раци -ональных , инерционных и жесткостных параметров рычажного привода.Определены нагрузки, действующие - на шатун,кривошип, коромысло,опорц вапо в,которые били использованы при кснстру -ировании рцчажнсго привода рабочего органа хлопкового оприс -кивателя (Ш-28.

В четвертой глдв^ приводится результаты экспериментальных исследований тросикового и рычажного приводов рабочего органа хлопкового опрыскивателя ОВХ-28. Исследования включали в себя регистрацию следующих параметров: крутящего момента на входной салу редуктора; частоты вращения входного вала редуктора; нагрузки на пальце ролика коромИсла; усилий в пружине силового замыкания; усилий в-шатуне рычажного привода. Тенэометрирование производилось в лабораторных условиях на машине ОВХ-28 с одноопорнцм рабочим органом*

Анализ кривой крутящего момента М»? на входном валу редуктора тросикового. привода показал,что в зонах,когда пружина растягивается, значения Мкр резко возрастает и при Ык = 1,67рад/с., Мкр тпа^с = 11 »».Установлено, что

мощность потребляемая гросиковьм приводом на атом скоростном рсаиие его работы равна 0,47 кит, а рычажным 0,38квт, Иыяв -лоно,что наибольшая величина упругого момента,создаваемого пружиной силового замыкания составляет 06,7 И и.что не -обеспечивает безударный резит работы моханиз'га. Кривые изменения наг рузок действующих на ролик показал,что сухарная.нагрузка носит колебательный характер и экстремальная еэ величина равна 2850 Н. Определены участки профиля кулачка,на которые прояс -ходит виброударный режи« работы привода.Изучено влияние частот? вращения кулачка На нагруженность деталей тросикового привода, а также потребляемую и«» мощность.Изучение усилий, действующих на шатун показало,что наибольшие их значения получаются в крайних положениях рабочего органа и экстремальная их вели -чина равна 2380 Н. Сравнительный анализ теоретических и экс -пери^енталЬных исследований показал их хорошую сходимость.

.В целях выбора рациональных, кинематических параметров опрыскивателя был применен метод планирования оптимального; эксперимента,при этом в качестве оптимизируемого параметра была выбрана дисперсия "у " равномерности осаждения препарата по эффективной ширине захвата , а управляемых факторов: ¿С/ - скорость движения трактора и - частота враще-

ния кривошипа привода. Область определения факторов приведен?* 9 таблице.

Таблица

Области определения факторов

I ~ " , ""

Факторы ! Уровни факторов | Интервалы

! ! варьирования

— —\ ,

! -1 ! О ! Г _______!______!_____?_____!__________

,м/с 1,00 1,45 1,90 0,45

ХА ¿.об/мии 12,4 16,3 20,2 3,9

Пйелв 'реализации центрального яо^пеэиаио'гдарэ плача <■: »вездкычи точками был« получена вдокчо шеч регуг-сс«пн:-т »одель вила:

Б качества рациональных значений обеспечивавших минимальные значения У прл конструктивных ограшчениях на величину варьируених факторов и получены следующие значения дтл нх натуральных знлчзний:

=1»-1!) м/с , = 16,3 об/мин.

ШВОДЦ И а.1КЛ1)ЧЕИ11Я

1. Составлены аналитические выражения для определения рациональной жесткости упругой связи дв.ухкорошслоного иулачко -аого привода рабочего органа хлопкового опрыскивателя ОВХ-28. Установлено,что для получения безударного движения рабочего органа,весткость иружшщ,при числе оборотов кулачка равным

16 об/мин.»должна бить-на менее 7,5 * 10э Н/'м.

2. Созданы динамическая и магечатичоскоя модели крутиль -ных колебакмЯ кулачкового привода рабочего органа с учетом его упруго-диссипативных параметров и нелинейности кинематических характеристик.Полученц закономерности изменения размаха коле -баннй крутящих моментов на валу кулачка и рабочего органа.

3. Установлено,что система силового замыкания кулачкового привода рабочзго органа хлопкового опрыскивателя ОВХ-28 не обеспечивает постоянство контакта в высшей кинематической паре, что является причиной виброударного режима работы рабочего • органа.

Выявлено,что при частоте вращения кулачка =1,67рад/с

и моменте инерции рабочего органа йр = 8,18 кгм (максимальная величина реакции между кулачком и роликом равна 2200Н.

Определена рациональная жесткость пружины. силового замы -капля для ряда скоростных и инерционных параметров рабочего органа.

4. Предложена конструкция четырехзвенного рычажного привода рабочего органа хлопкового опрыскивателя ОВХ-28,позволяющая снизить трудоемкость изготовления и повысить надежность ра боты привода.

Сделан синтез геометрических параметров рычажного привода. Определены закономерности изменения крутящих моментов на валу криволипа и рабочего органа,Выявлено,что экстремальные значения крутящих моментов на валах кривошипа и рабочего органа меньше соответствующих моментов на валах кулачкового привода.

^рнн рекомендации по динамическому синтезу параметров рычажного привода рабочего органа хлопкового опрыскивателя ОВХ-28.

5. Сделан силовой анализ рычажного привода рабочего органа хлопкового опрыскивателя ОВХ-28 с учетом упругого момента тро-сикоеой передачи.

Получены закономерности изменения нагрузок (и шатуне,кри -вошипе»коромысле,а татае в опорах предлагаемого привода. Уста - ■ новлено.что конструктивные параметры валов кривошипа и рабочего органа рычажного привода могут быть приняты как у серийного опрыскивателя ОВХ-28.

6. Экспериментально определены закономерности изменения крутящих моментов на ведущем валу привода с кулачковым и рычажным механизмами.Установлено,что мощность,потребляемая этими механизмами,при числе колебаний рабочего органа в минуту равным 16, соответственно равна 0,47 кВт и 0,41 кВт.

Получены усилия в пружине силового замыкания и реакции между кулачком и роликом. Выявлены зоны ви.Зроударного режима работы кулач -кового привода.

7. Агротехнические показатели опрыскивателя ОВХ-28 с рычаж -цым приводом рабочего органа не уступают аналогичным показател-

.ям серийной машины. . ;

8. Годовой экономический эффект от внедрения рычажного привода рабочего органа хлопкового опрыскивателя ОВХ-28 составляет"

143,24 руб. на одну машину.

Основное содержание диссертации изложено в следующих опубликованных работах:

1. Каримов Р.И.»Каримов А.,Ишаикулов М.У. Расчет геометрических параметров рычажного привода хлопкового опрыскивателя ОВХ-28. Ред. Ж. Изв. ДЙ УзССР,сер.техн.наук,Ташкент,I9B9.

Деп. в ВИШТИ , » 543I-B88.I908.

2. Каримов Р.й.,Ишанкулов М.У. Анализ крутильных колебаний рычажного привода рабочего органа опрыскивателя ОВХ-28,

Докл.АН УзССР, 1990,» Ç.c. 15-16. •

3. Каримов Р.И., Каримов А.» Ияанкулой М.У. Определение кинематических характеристик рычажного привода рпбочого органа хлопкового опрыскивателя ОВХ-р.О, Год,Ж. Изв.АН УзССГ.,с*5р,ТРХИ. наук.Таакенг, 199Э.Деп. в 'ШИТИ ZI.Oit.?0,К47?1~ЮЭ,19д0. ■ .

4. Каримов Р.И..Каримов Д.,Иван.кулов М.У. Моделировакиз динамики рычажного призода рабочего органа хлопкового опрыски-езюля ОВХ-23, Теэиси докладов Всесоюзной научно-практической конференции "Учение и спэциалистн а решении проблемных вопросов теории механизмов м мапган хлопкового комплекса"«Ташкент, 1Ь-18 октября 1990 г.