автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.04, диссертация на тему:Разработка и основание 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

диссертации 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 ТашГТУ (700011, Ташкент, ул. Навои, 13).

старшин научный сотрудник Каримов Р. И.

демик АН Республики Узбекистан Усманходжаев X. X.

Защита состоится

Автореферат разослан

Ученый секретар специализирован кандидат технич

^ МГСЛШЮВ м. А.

. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Исследованиями ресурса работы узлов хлопковых опрыскивателей ОВХ-¡28, лров вденными в СрвдазГОСНИТЙ и ЦОКХБ установлено,что одним из наименее нада-ша узлов является кулачковый привод колебательного движения рабочего- органа. Основной причиной нестабильной работы кулачкового привода является его повышенная вибрсактивность,следствием которой является интенсивный износ кулачка»ролика, а также потеря устойчивой работа пружины силового замыкания.'

Увеличение ресурса безотказной работы привода рабочего органа опрыскивателя ОЕХ-23 целесообразно производить двумя •путями:

1.Снижение нагруженности звеньев кулачкового привода за л5чат рационального выбора его параметров,

2.Замена кулачкового привода На рычажный.

Поэтому исследований,направленное на изучение нагружен -кости звеньев кулачкового привода рабочего органа хлопково -го опрыскивателя ОВХ-28 с различной- конструкцией системы силового замыкания и разработку рычажного привода , ¿¿мйкквдй) • кулачковый,следует считать актуальными.

Работа выполнена в соответствии с планами К® лаборато -рии "Теория механизмов и машин" Института механики и сейсмо -стойкости сооружений имени М.Т.Уразбаева Академий Наук Республики Узбекистан по теме: "Системное моделирование¿анализ и теория проектирования энергомеханических систем с ля -нейными цепями механизмов / й : Гос.регистрации 01870054742/.

Пель исследования.' Разработка геометрических,кйнеМатичес ких и динамических характеристик и обоснование конструктив -ных параметров кулачкового и рычачшого приводов рабочего органа хлопкового опрыскивателя ОЭХ-28.- •

■ Объект исследования. Привод рабочего органа хлопкового опрыскивателя ОВХ-28.

Матрпика исследований, ¿ля.расчетов кинематических ха -мистериотик рабочего органа использованы уравнения кянематя-гесксго анализа кулачковых и рычажных механизмоЕ.Геометря -(йскпе параметрырычажного' привода' рабочего органа, получены

на основа методов синтеза плоских рычажных механизмов. Дина -ыическиа расчеты кулачкового и рычачного приводов получены на. основа обдих методов динамики машин с применением ЗВИ. Экспериментальные исследования выполнены в лабораторных и полевых условиях и с использованием современных методов к средств тензометрии.

Изучуая новизна. Предложены аналитические выражения для расчета жесткости упругой связи рычажно-кулачкового привода рабочего органа хлопкового опрыскивателя.Состав -лены динамическая и математическая модели для определения . законов движения и нагруженноети элементов кулачкового и рычажного приводов рабочего органа хлопкового опрыскива -теля ОВХ-28.Исследовано влияние скоростных и инерционных параметров кулачкового и рычажного приводов на нагруженность нх детале!.Определены рациональные и динамические параметры привода рабочего органа хлопкового опрыскивателя ОВХ-28. Практическая ценность работы определяется 'следующим: -разработанная 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 опрыскивателей,совершающих колебатедь -вое движение;

-определены квазионтнмальша 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 ее металлоемкость,' а также увеличить на менее чем в 2 раза его ресурс работы. \ ■

Реализация результатов исследований. Изготовлен опыт -ный образец рычажного привода рабочего органа хлопкового оп -рыскивателн ОВХ-28,который пропал лабораторно-полевые испы -талия на полях совхоза "Кремль" Букинского района Ташкент -ской области. Результаты теоретических исследований пере -

даны в ЦГШТБ Ш Академии Шук Республики Узбекистан и били использованы при проектировании рычажного привода рабочего органа хлопкового опрыскивателя ОВХ-28. -» Апробация работы. Осиошше положения диссертации доложены на :

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

- заседаниях объединенного семинара Института механики и сейсмостойкости сооружений имени М.Т.Уразбаева АН Респуб -лики Узбекистан. Ташкент,I989-I99I 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 введе-ния,четирех глав,выводов и заключения,а также приложений. Общий объем диссертации составляет 155 страниц машинописного текста с 4«î рисунками,списка использованной литературы из 71 •наименований.

СОДЕРШИЕ РАБОТУ

Во введении обоснована актуальность теми,отражена мвто -дика исследований,научная новизна и практическая ценность . работы. •

В первой главе дан критический обзор конструкций приводов рабочего органа хлопковых опрнс!сивателей.Приводится ана -лиз теоретико-экспериментальных работ.посвяшенкых изучению кинематики,динамики,прочности и надежности деталей приводов хлопковых опрыскивателей,рабочий орган которых соверйает ко -лебательное движение в горизонтальной плоскости относительно продольной оси трактора.

Изученче состояния вопроса покззало.что существующие -приводи рабочего сргпнд рассматриваемых хлопковых опрыскивателей wnwt дга сувдстройных недостатка: сложность'в изготов -•

ленив; не обеспечивают требуемого ресурса безотказной работы.

Исследования,проведенные в Института Механики и сейсмостойкости сооружений им.М.Т.Уразбаева АН Республвди Узбекис -тан доказали.что геометрические,кинематическиа. н динааичес -киз параметры кулачкового привода рабочего органа далеки от оптимальных.Анализ литературных источников показал,что в нас тоящее время не имеется научно-обоснованных рекомендаций по выбору законов движения рабочих органов,совершающих колаба -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 маханазмрв над кулачковыми,имеется тенденция к замене кулачковых механизмов рычажными.

На основашш этого в задачу исследований входили следующие вопросы:

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

-изучить влияние скоростных режимов работы привода и ' инерционных параметров рабочего органа на нагружаннооть звеньев привода; ,

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

-провести исследования кинематических и динамических ха -рактвриотик рычажного привода рабочего органа и разработать на этой основа его конструктивные параметры; •

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

Вр руорОЙ главе изложены результаты моделирования динам кя Кулаковых приводов рабочего органа хлопковых опрыскивата лдй 'ОВХ-28., Сцапан анализ кинематических характеристик иссле дуемых приводов.Составлены расчетная схема и аналитические В1 ражения для определения параметров системы силового замыкаши рича*но-кулачкавого привода.По результатам расчетов на ЭВМ ■ £ЭСМ~6 полученазависимость изменения Мипр -момента сил . упругости пружаны силового замыкания относительно оси враща ■ вея зубчатого сектора,которая показана на рис.1.

На основе сравнительного анализа момента от сил инерции рабочего органа и Мупр установлено,что при интервалах углах поворота кулачка на 4>к - 115° ♦ 160°;. = 205°«-250° '¿вступает отрыв ролика зубчатого сектора от кулачка. Вследствие этого появляются ударные динамические нагрузки,что является причиной Поломок зубьев сектора,износа кулачка и ро- • лика.Для безударного режима работы механизма рекомендуется коэффициент жесткости пружины силового замыкания равный С = 7,5 • 10я Н'м .

Рис.1. Зависимость изменения момента сил упругости пружины силового замыкания.

С целью изучения нагруженности звеньев тросикового привода эабочего органа хлопкового опрыскивателя ОВХ-28,показанного на >ис,2, о учетом некоторых допущений составлена четнрехмассо -¡ая динамическая модель его крутильных колебаний.

Уравнения движения масс привода полученн в следупреМ вице;

%*- - ът* - ^Км УМ-ъ)

Pjsq. 2. Кинематическая схеш тросакового привода рабочего

органа хлопкового опрыскивателя ОВХ-23: 1-кулачок; 2 - диск ; 3,4,5 - элементы силового зшыка --нхя ; 6 - рабочий орган; ?- ш1градаэнт;6-троо;9-ролщс .

где , Oi - угол поворота и момент инерции кулачка; - функция положения диска; Di - приведенные к кулачку коэффициенты местности и эквивалентного сопротивления участка " ВОМ - кулачок ?; ife - приведенная к валу кулачка угловая скорость веду -■ щвга вада привода;

И'¿2 - передаточное отношение тросиковой передачи; Q g -приведенные к рабочему органу коэффициенты ' а . жесткости'и эквивалентного линейного сонро -. тивления; • 4*3 'Щ - Угол поворота и момент инерции рабочего органа.

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

э

тематическим выбором тага интегрирования.

Установлено, что о увеличением ifa с 0,8 до 2,4 разках колебаний крутящего момента на валу кулачка возрастает я 87 Нм до 391 Нм, а при увеличении Дз с 4 кгм2 до 12 кгм соответственно с 135 Нм до 315 Км*

Расчета показали,что при числе оборотов кулачка jt¿ = 16об/кга.

iTj = 8,18 кгм2 наибольшие пагрузки между кулачкем и ролике« вмепт при повороте кулачка йа 178° и равна 2200 Н,'á максн -мальная реакция в опоре диска 1980 Н. Из условия неразрывности контакта между роликом диска и кулачком определена минимально допустимая рекомендуемая «емкость пружшы силового э амыкания гля ряда значений % и •

Вариация ф0 ; = 8,18 кга2

V , с"1 0,8 1,2 Í,б 2 2,4 Сгр , Н/м 470 1240 2350 3770 5450

Вариация ; fe = 1,67 с"1

Jj , кгм2 4 6 8 10 12

Срр , Н/м' 1180 . 1850 2300 3300 . ¿000

Третья глава посвящена обоснованию и расчету геометрических, кинематических и динамических параметров рычажного привода рабочего органа хлопкового опрыскивателя 0ВХ-2Э. Необходимая высокая точность изготовления кулачкового механизма,наличие высшей кинематической пары системы ейловрго замыкания,недостаточный безотказный ресурс эксплуатации - основные недостатки привода рабочего органа хлопкового опрыскивателя ОВХ-28. ■ Поэтому предложена замена кулачкового привода на плоский гозр , икрныЯ четырехзвеняйк,показанный на рис.З. .

Применение рычажного механизма существенно упрочет конструкция) привода рабочего органа опрыскивателя*

Геометрические размеры кривошипа 2- : я шатуна С бит определены с учетом сохранения неизменной конструкцию серийного диска /коромысла/. В этом случае ось ролика' является местом сое дипения шатуна и коромысла. Величины 2- И -.--С определялись по сяеду*»чим выражениям:

[С, Яп(Я-Ч>зтеи:)]1

где ^з-тцсс. » - углы между О^Оц ' * 0^0$

(рис.2) при крайних положениях рабочего органа.

' Рнс.З. Кинематическая схема рычажного привода рабочего органа хлопкового опрыскивателя 0ВХ-2В: I - крирошип; 2 - шатун ; 3 - коромцсло; 4 - трос ; ■5 - рабочий орган ; 6 - инградиент . Для заданных значений С^Оц = 0,129 м, Огб - 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 коромысла рычажного привода рабочего органа хлопкового опрыскив! теля ОВХ-28. Обоснованы динамическая и математическая модел! крутильных колебаний кулачкового привода, в данном случае отсутствует параметры силового замыкания,а также используются кинематические характеристики шарнирного четырехэвенника. По результатам решений на ЭЁМ БЭСМ - 6 построены закономерн'

А

ти изменения угловых перемещений,скоростей и ускорений рабочего органа0Получени графики изменения крутящих моментов на валах привода и рабочего органа. Выявлено, что при = Í,67c~* на участка движения коромысла 28° ¿ ¿ 108° экстремальные значения угловой скорости и ускорения рабочего органа соответственно равны - ü,ÚZ с-^ и - 7,Ь6 с*"^ и получаются при правом крайнем положении рабочего органа.Максимальные амплитудные значения крутящего момента на валу кривошипа получается при 4*1 = 30° и составляет Mi - 142 Н м, а на валу рабочего иргана при f-í = О и равно M¿ = -93 Н м. Построены закономерности изченания N.¡ , Mz в функции >-р0 э da » C¿ .Сравнительным 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 ричдашм механизмом на i0 v 15 % ниже,чем в привода с кулачковым механизмом. Экстремальнее значения крутящих моментов на этих валах рассматриваемых приводов также близки друг к другу. На основании этого можно считать, что конструктивные параметры валов кривоинпа и рабочего органа могут быть как у серийного. Даны рекомендации по выбору раци ■ ональных , инерционных и жесткостных параметров рычажного привода ..Определены нагрузки, дойствушше. на шатун,кривошип, коромысло.опоры валов,которые были использованы при констру -Ировании рычажного привода рабочего органа хлопкового опрыс -кивателя 01Й-2Н,

В четвертопiглдп^ приводится результаты экспериментальных исследований троснкопого и рычажного приводов рабочего органа хлопкового опрыскивателя ОВХ-ЙЗ. Исследования включали в себя регистрацию следующих параметров: крутящего момента На входное валу редуктора; частоты вращения входного Бала редуктора; нагрузки на пальце ролика коромысла; усилий в пружине силового замыкания; усилий в-шатуне рычажного привода. Тензометрирование производилось в лабораторных условиях на машине 0ВХ-28 с одноопорным рабочим органом*

Анализ кривой крутящего момента.M*V на входном валу редуктора тросикового. привода показал,что в зонах,когда пружина,растягивается, значения Мкр резко возрастает и прн lCTt - 1,67рад/с., Мкр.тпах, = ^ П и.Установлено, что

мощность потребляемая тросиковьгм приводом ни атом скоростном режиме его работы равна 0,47 кот, а рычажным 0,33квт. Шяв -лено,что наибольшая величина упругого момента(Создаваемого пружиной силового замыкания составляет 66,7 Н м.что не -обеспечивает безударный режим работы мзхжшзма. Кривые изменения нагрузок действующих На ролик показал,что суммарная.нагрузка носит колебательный характер и экстремальная ее величина равна 2850 Н. Определены участки профиля кулачка,на которых проис -ходит виброударный режим работы привода,Изучено влияние частоты вращения кулачка На нагружениость деталей Тросикового привода, а также потребляв» <ую им мощность. Изучение усилий, действующих на шатун показало,что наибольшие их значения получаются в крайних положениях рабочего органа и экстремальная их вели -чина равна 2360 Н. Сравнительный анализ теоретических и экс -перичентальных исследований показал их хорошую сходимость.

В целях выбора рациональных кинематических параметров опрыскивателя был применен ме^д планирования оптимального: эксперимента¿при этом в качестве оптимизируемого параметре была выбрана дисперсия "У " равномерности осаждения препарата по эффективной ширине захвата , а управляемых факторов: " скорость движения трактора и - частота враще-

ния кривошипа привода. Область определения факторов приведен« 9 таблице.

Таблица

Области определения факторов

- - ~ -" - '

Факторы ! Уровни факторов { Интервалы

1 _ ! варьирования

* ' !

1-11 0 ! +1 !

- !_ _____!_____ „'_________

£ .м/с 1,00 1,45 1,90 0,45

Хц. об/мин 12,4 16,3 20,2 3,9

По'сле реализации центрального кочш-эиуиояняг'э пкзна со веездными точкам« биле иолуче«ш •ядеква-ти регрессионна 1 модель вида: . •

■У:-0,ю5хг0м$г'0<0т& &

В качоства рациональных значений обоопечиаасаих минимальные значения У при конструктивных ограничениях на величину варьируемых факторов ц СС^ получены следующие значошя для их натуральных значений:

X, =1,45 и/с , = 16,3 об/мин.

ачвода и закдофмш

1. Составлены аналитические выражения для определения рациональной жесткости упругой связи двухкоромыслового кулачко -вого привода рабочего органа хлопкового опрыскивателя ОВХ-28. Установлено,ча?о для получения безударного движения рабочего органа,жесткость нружшш,при числе оборотов кулачка равны»»

16 об/мин..должна быть•не менее 7,5 • Ю3 Н/м.

2. Созданы динамическая и математическая модели крутиль -них колебаний кулачкового привода рабочего органа с учетом его упруго-диссипатившвс параметров и нелинейности кинематических характеристик.Получены закономерности изменения размаха коде -бакнй крутящ« моментов на валу кулачка й рабочего органа.

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

Выявлено,что при частоте вращения кулачка ьёк. =1,67рад/с и моменте инерции рабочего органа Ор = 8,18 кгм . максимальная величина реакции между кулачком и роликом равна 2200Н.

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

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

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

Даны рекомендации но 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-сиковой передачи.

Получены закономерности изменения нагрузок на шатуне,крй -вошипе,коромысле,а также 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.<5роударного режима работы кулач -кового привода.'

7. Агротехнические показатели опрыскивателя ОВХ-28 с рычаж -ньгм приводом рабочего органа не уступают аналогичным показателям серийной «»ашины. :

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.,Йшанкулов М.У. Расчет геометрических параметров рычажного привода хлопкового опрыскивателя ОВХ-28. Ред. Ж. Изв. АН УзССР,сер.техн.наук,Ташкент,19В9.

Деп. в ВИНИТИ , № 5431-В88,1988.

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

Докл.АН УзССР, 1990,» 8,с. 15-16. •

3. Каримов Р.И., Каримов А., Иланкулов М.У. Определение кинематических характеристик рычшшого привода рабочего органа хлопкового опрыскивателя 0ВХ-2В, Ррд.й. Изв.АН УэШ^сЗр.техи. наук,Тааквкг,Ша.Дей.в 'ИШИ 21..Ш..9а,К4721-В9а,1990." 1 .

4. Каримов Р.И.,Каримов А.,Изан кулов М.У. Моделирование динамики рычажном привода рабочего органа хлопкового опрыски-Еаголя ОВХ-23. Тезиси докладов Всесоюзной научно-практической конференции "Учение и спэциалисты в репешш проблемных вопросов теории механизмов и мавин хлопкового комплекса",Ташкент, Ю-18 октября 1990 г.

P. —• Подписано к псча»и Зак. — Ш- . Тираж VОО 1992 г.OSi'n.*.

' Отпечатано в Ail ТПК

Ташкент, НаВои, 30.