автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Разработка уравновешивающего механизма ножа жатки для снижения вибрации и создания безопасных и нормальных условий труда

005005671

Тимаков Александр Константинович

РАЗРАБОТКА УРАВНОВЕШИВАЮЩЕГО МЕХАНИЗМА НОЖА ЖАТКИ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ВИБРАЦИИ И СОЗДАНИЯ БЕЗОПАСНЫХ И НОРМАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ ТРУДА

05.20.01 - «Технологии и средства механизации сельского хозяйства»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

-8 ДЕК 2011

Москва-2011

005005671

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Брянская государственная сельскохозяйственная академия»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Титенок Александр Владимирович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Казанцев Сергей Павлович

кандидат технических наук, доцент Измеров Михаил Александрович

Ведущая организация Всероссийский научно-исследовательский ин-

ститут механизации сельского хозяйства

Защита состоится 19 декабря 2011 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 220.044.01 при ФГБОУ ВПО МГАУ по адресу: 127550, г. Москва, ул. Лиственничная аллея, д. 16-а, корп. 3, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО

МГАУ.

Автореферат разослан 14 ноября 2011 г. и размещен на сайте ФГБОУ ВПО МГАУ (www.msau.ru) 14 ноября 2011 г. и на сайте Высшей аттестационной комиссии (http://vak.ed.gov.ru/) 14 ноября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

А. Г. Левшин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. На уборке урожая зерновых культур хлебную массу скашивают жаткой. При работе жатки нож совершает возвратно-поступательное движение с амплитудой 0,0381 м и частотой порядка 8 герц. В жатках с фронтальной шириной захвата до пяти метров нож неуравновешен, в результате чего при работе возбуждаются горизонтальные виброколебания жатки и всего агрегата, на который она навешена. Эти колебания при работе уборочного агрегата взаимодействуют с его колебаниями при движении, в результате чего могут возникать параметрические колебания и даже параметрический резонанс.

Производственная вибрация, характеризующаяся значительной амплитудой и продолжительностью действия, может вызвать у работающих раздражительность, бессонницу, ноющие боли. При длительном воздействии вибрации перестраивается костная ткань, чувствительность кожи, появляется головокружение, шум в ушах, ухудшение памяти, нарушение координации движений.

Наряду с этим вибрация отрицательно влияет на срок службы машины.

Для уравновешивания ножа жатки необходим надежный механизм возвратно-поступательного движения с минимальными затратами энергии на его перемещение.

В большинстве известных механизмов возвратно-поступательного движения используется трение скольжения, существенным недостатком которого является абразивное изнашивание и непроизводственные потери энергии на трение.

Кроме того с повышением интенсификации производственных процессов существенно возрастают нагрузки и относительные скорости скольжения, а следовательно, и нагрев поверхностей в зоне контакта. Температура в отдельных точках может превышать температуру плавления материалов. Появляются задиры и машина становится неработоспособной.

Известны отдельные положительные результаты замены скольжения качением цилиндрических поверхностей при внутреннем контакте. Однако задача окончательно не решена, и для использования этого направления в механизме уравновешивания ножа жатки требуются дополнительные исследования.

Таким образом разработка уравновешивающего механизма сил инерции ножа жатки является актуальной и имеет важное народно-хозяйственное значение.

Цель работы - проектирование опоры с небольшими габаритными размерами, существенно уменьшенной массой, повышенной износостойкостью и минимальными затратами на перемещение.

Методика исследования. В работе использованы методы аналитической и дифференциальной геометрии, математического анализа, составление

и решения систем тригонометрических уравнений, а также экспериментальная проверка отдельных теоретических выводов.

Научная новизна. Научная новизна исследований, проводимых лично соискателем и выносимых на защиту:

- теоретическое исследование устойчивости равновесного состояния материальной системы на стойках с высшими кинематическими парами;

- новые конструкционные схемы малогабаритных механизмов с качением вместо скольжения;

- выявленные основные характеристики для оценки качественных показателей механизмов возвратно-поступательного движения: а) траектория движения верхней плиты, б) отношение горизонтального возвращающего усилия к вертикальной нагрузке, в) угол между равнодействующей сил и ее нормальной проекцией в точках контакта.

- предложенную принципиальную схему и метод расчета замыкателей касательных сил - устройства, обеспечивающего устойчивую работу опор независимо от изменения угла трения.

- разработанную конструкцию механизма для уравновешивания сил инерции ножа жатки.

Практическая ценность. По результатам исследований разработаны чертежи для практического использования в механизме для уравновешивания сил инерции ножа жатки.

Достоверность полученных результатов и выводов диссертационной работы. Достоверность результатов и выводов настоящей работы подтверждена удовлетворительной сходимостью с проведенными нами экспериментами на моделях, а также некоторыми результатами экспериментов, проведенных в других отраслях машиностроения.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на ежегодных межвузовских конференциях в Брянской ГСХА с 2002 г по 2010 год, на расширенном техническом совещании «ВКМ Инжиниринг» (г. Москва) в 2010 году, на расширенном заседании кафедры механики и основ конструирования БГСХА в 2011 году.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 14 работах: 11 статей в сборниках Брянской ГСХА по результатам научных конференций и 3 статьи в журналах, включенных ВАК в Перечень научных журналов для публикации материалов диссертаций; из которых 2 статьи в журнале «Вестник БГТУ», и одна в журнале «Сельский механизатор».

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы, включающего 66 наименований, и приложений. Работа содержит 17 рисунков, 8 таблиц. Общий объем диссертации 112 страниц..

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, изложена научная новизна и практическая значимость работы и основные результаты исследований.

Первая глава «Состояние вопроса и задачи исследований.» посвящена анализу развития и совершенствования опор знакопеременного движения, выявлены их достоинства и недостатки. Поскольку знакопеременные движения это есть колебательные движения - прямолинейные или угловые - проведен краткий обзор развития теории колебаний.

Первые и наиболее совершенные опоры применялись в качающихся маятниках часовых механизмов и в рычажных весах, которые сохранились до настоящего времени. Такая опора состоит из сухаря с призматическим пазом, установленного в качающемся звене и опирающегося на ребро призмы.

Подобные опоры применялись в различных механизмах.

С увеличением нагрузок на опору призмы начали разрушаться. Их заменили цилиндрическими опорами «втулка-ось». Проблема с разрушением была решена, но появилась новая: изнашивание, сопротивление от трения. Эти проблемы решались путем уменьшения диаметра вала на 10 мм по сравнению с отверстием и таким образом частичной заменой скольжения качением. Попытка установить подшипники качения проблему не решают, так как в них наблюдаются остаточные деформации, особенно при больших нагрузках и малых угловых колебаниях. На некоторых машинах, используют перекатывание внешних поверхностей по внутренним существенно большего радиуса. Но такие опоры имеют большие габариты и массу, и поэтому не получили широкого распространения.

С ростом скоростей движения колебания приводили к разрушению колеблющейся системы, что привело к необходимости их изучения.

Колебания стали объектом исследования еще в начале XVII века (Г. Галилей, X. Гюйгенс). Практически все колебательные системы нелинейные. Иногда нелинейными членами пренебрегают. Часто при замене нелинейных колебаний линейными частота подбирается таким образом, чтобы период колебаний нелинейной и линейной системы были равны. Графически это означает замену кривой ее хордой. В этой области исследований следует отметить Н.К. Куликова, Я.Г. Пановко, Я.З. Ципкина.

Общим методам нелинейной механики посвятили свои работы Анри Пуанкаре, A.M. Ляпунов, Ван - дер - Поль, Баркгаузен, Миллер, Льенар, Кар-тану, А.Н. Крылов.

С 1930 года основной центр исследований нелинейных систем переместился в СССР. Сложились две группы исследователей. Первую группу -Московскую - возглавил Л.И. Мандельштам. Его учениками были Н.Д. Папа-лекси, A.A. Андронов, С.Э. Хайкин, A.A. Витт, Г.С. Горелик, Г.С. Ладсберг, М.А. Леонтович, С.М. Рытов, С.П. Стрелков, И.Е. Тамм и др.

Вторую группу - Киевскую - возглавляли Н.М. Крылов, H.H. Боголюбов, позднее Ю.А. Митропольский и др.

В пятидесятых годах выделилась в самостоятельную горьковская школа A.A. Андронова.

В области контактного взаимодействия тел следует отметить работы И.В. Крагельского, М.М. Хрущова, C.B. Серенсена, В.М. Александрова. C.B. Пинегина, Б.Л. Ромалиса и др.

В теории сельскохозяйственного машиностроения огромная заслуга принадлежит В.П. Горячкину, который впервые в мире опубликовал трехтомное сочинение «Земледельческая механика», а также И.И. Артоболевскому, разработавшему общую теорию и методику проектирования и исследовании машин, которую опубликовал под окончательным названием «Теория механизмов и машин». Важные для теории и практики работы были выполнены в области взаимодействия движителей машин с почвой. В этой области следует отметить работы: Р.Л. Бидермана, A.C. Антонова, Е.Г. Попова, Д.М. Митропана, JI.T. Червонного, П.У. Соловейчика, А.Г. Шенявского и др.

Проведенный анализ различных конструкций опор и математических методов исследования ранее неизвестных прикладных задач были сделаны выводы:

1. Перспективным направлением при создании опор являются конструкции с высшими кинематическими парами, в которых скольжение заменяется качением внешних поверхностей по внутренним при существенной разнице радиусов, благодаря чему значительно уменьшаются абразивное изнашивание и потери энергии на трение.

2. В таких опорах можно обеспечить возвращающее усилие с наперед заданными характеристиками. Однако они имеют большие габариты и собственную массу.

В связи с изложенным были поставлены следующие задачи.

1. Исследовать возможность устойчивости равновесного состояния материальной системы на стойках с поверхностями качения.

2. Разработать принципиальную конструктивную схему опоры с высшими кинематическими парами, в которой вместо скольжения применить качение.

3. Исследовать зависимость основных характеристик опоры от геометрических параметров и предложить метод расчета.

4. Провести теоретический анализ и разработать устройство, обеспечивающее устойчивую работу опоры независимо от изменения угла трения в контактных точках поверхностей качения.

5. Предложить механизм для уравновешивания и сил инерции и сил тяжести ножа жатки.

Во второй главе « Исследование устойчивости равновесного состояния системы на стойках с высшими кинематическими парами» приведены

результаты исследований устойчивости опоры, основные характеристики, и замыкатели касательных сил.

У

Рисунок 1. Расчетная схема опоры.

На рисунке 1 изображена расчетная схема в неподвижной системе координат ХОУ. К основанию 1 и верхней плите 2 жестко прикреплены платики 3 с вогнутыми цилиндрическими поверхностями радиуса Я. Между основанием и верхней плитой установлены стойки 4 с выпуклыми поверхностями радиуса г на торцах. Высота стойки Ь. Радиус Я вогнутой поверхности существенно больше радиуса г выпуклой поверхности.

Обозначено три точки 5*, К и К При отклонении верхней плиты (точка 5) от среднего положения на величину х8 стойка повернется на угол

ср. Тогда точка контакта К переместится по поверхности радиуса Я на угол

ос-ср. Из условия отсутствия скольжения выражено а-<р ■

а-(р =

гср Я-г

(1)

где а - угловое перемещение точки контакта по выпуклой поверхности радиуса г.

Параметрические уравнения координат хну точек S и К будут иметь

вид.

xs = 2 {R - r)sin

rcp

+ (Ь- 2r)sin cp

(2)

У, =2

R-(R-r) cos

rcp

(R-r\

+ (l -2r)cos(f>

(3)

= i?sin

(4)

Л =R

1 - cos

rcp

(5)

Отношение горизонтальной силы ^ к вертикальной Р есть /g©, где ® угол наклона прямой КК к оси оу, вычисляется по формуле

tg0 = j =

(L - 2r)sin <p-2r sin

r \ rcp

W^r).

(L - 2r)cos <p + 2r cos

r \ rcp

(6)

При отклонении верхней плиты от среднего положения в точках контакта возникает касательная сила Т, которая стремится сдвинуть контакти-руемые поверхности. Отношение этой силы Т к нормальной силе N равно тангенсу угла у. Пока угол у меньше угла трения поверхностей Я и г качение происходит без скольжения. Угол у определяется по формуле

Г = ~

R-r j

(7)

Из условия устойчивости опор, так как знаменатель всегда положителен, в результате преобразования числителя выражения (6) получена формула для определения высоты стойки в зависимости от R/r.

2г<Ь<2г[\ + г/(Я -г)]

(8)

Приведенные формулы справедливы при любых геометрических параметрах.

Рассмотрено четыре частных случая.

Случай 1, Ь-2 г, Я УУ Г . Из формул (6) и (7) после подстановки Ь = 2г получено.

tgв = -tg tgy = 0.

/ г<р 4 Я-г

(9)

(10)

Касательные силы в точках контакта К и К равны нулю. Случай 2. Л = 2г . Тогда а-(р = (р. Формулы (2) (3) (5) и (7) соответственно будут иметь вид.

х5 = Ьътф у3 = 4г - (4г - 1)соз (р

(П) (12)

1-

4 г

т

(13)

(14)

При Ь<4г система устойчива.

При Ь = 4г траектория верхней плиты - прямая линия (у3 = 4г) возвращающая сила отсутствует

Этот случай может быть использован для создания направляющих с односторонним или двусторонним ограничением.

Случай 3. Я = 3г, Г(р/{К - г) = 0,5^ \2г<Ь<Зг.

¿8® и в Два раза меньше, чем в случае 2 при одинаковом значении (р.

Случай 4. Я = 1,5 г, г<р/(Я-г) = 2(р\2г<Ь<6г.

¡ё® и így в два раза больше, чем в случае 2 при одинаковом значении <р . Этот случай можно использовать при небольших амплитудах верхней плиты. Рассмотренные случаи позволяют сделать вывод о том, что при необходимости можно использовать любые отношения радиусов в диапазоне

1,5 < <3.

/г

Ранее отмечалось, что опора работоспособна пока угол сцепления не превысит угол трения. Угол трения - величина нестабильная. Чтобы работоспособность опоры не зависела от угла трения, разработано устройство, удерживающее стойку от проскальзывания и наряду с этим не препятствующее свободному перекатыванию.

Один из вариантов такого устройства, наиболее простого для конструктивного исполнения, изображен на рисунке 2.

Рисунок 2. Расчетная схема замыкателя касательных сил.

На окружности радиуса Г стойки на торцах установлены шипы 4 произвольного радиуса с осью, проходящей через точку «с», а торцах оснований нижнего и верхнего укреплены пластины с вертикальными пазами 5, вдоль которых движутся шипы. Кинематическая пара шип-паз названы «замыкателями». Замыкатели удерживают поверхности радиусов R и г от взаимного проскальзывания, если угол сцепления превысит угол трения, сохраняя работоспособность опоры независимо от уменьшения величины угла трения.

Рассмотрены уравнения траектории движения шипа в общем виде и три частных случая.

Случай 1. При R = 2r точка «с» перемещается по вертикальной прямой вдоль паза. Скольжение в точках контакта перекатывающихся поверхностей радиусов R и Г отсутствует.

Случай 2. R —Зг . Траектория точки «с» не прямая линия. Если шип направить вдоль паза принудительно, поверхности R и г будут перекатываться с очень малым относительным проскальзыванием

Случай 3. R = 1,5г . Относительное проскальзывание равно 4,3%. Для использования в опорах этот случай может быть рекомендован при небольших угловых колебаниях стойки (до 10°).

Третья глава «Элементы конструкции опор и методика прочностных расчетов» содержит описание основных элементов опоры, анализа нагрузок, действующих на эти элементы, и методики расчетов на контактные напряжения и общее напряженное состояние.

Наиболее сложные напряжения имеет стойка. В положении статического равновесия сжимающие усилия приложены по образующей радиуса г вдоль плоскости симметрии стойки. При колебательных движениях опоры нагрузка на стойку меняется по величине и направлению. Если верхняя плита

переместится относительно среднего положения на величину х8 вправо, стойка повернется по часовой стрелке на угол (р, а линия контакта переместится относительно оси симметрии стойки на угол 0 против часовой стрелки. Следовательно, линия контакта сместиться относительно оси симметрии стойки на угол (р + & против часовой стрелки. Теоретически получена расчетная формула отношения нормальной сил N к вертикальной нагрузке Р.

Аа/а = 0,0116 = 1,16%.

Из анализа полученной формулы можно сделать вывод: так как COS у не может быть больше 1, a tg0 обычно не превышает 0,25, отношение N/P при рабочих отклонениях близко к единице.

Расчет на контактные напряжения приводится по известным формулам.

Силы в точках контакта, действующие на стойку сверху и снизу, образуют косо симметричную нагрузку, которая проводится к уравновешенной системе сил сжатия по вертикальной оси симметрии и четырем парам сил. Моменты от вертикальных сил постоянные, а от горизонтальных возрастают по мере приближения к горизонтальной оси симметрии. На горизонтальной оси симметрии стойки все моменты и горизонтальные силы уравновешиваются. Действует только уравновешенная система от вертикальных сил.

Предложены варианты технологии элементов опор.

В четвертой главе «Экспериментальное определение статических и динамических характеристик опор» приведены результаты экспериментальных исследований опор, проведенных на модельном стенде уменьшенных размеров, разработана программа и методика исследований. Исследование проводилось в два этапа. Сначала определялись статические характеристики главным образом величина перемещения верхней плиты при заданной восстанавливающей силе. Восстанавливающая сила создавалась силой тяжести верхней плиты и груза путем наклона всей опоры под углом к горизонту. Полученная характеристика сравнивалась с расчетной. На рисунке 3 приведены кривые изменения перемещений плиты от тангенса угла 0 наклона опоры, который представляет собой отношение восстанавливающей силы к вертикальной нагрузке для двух вариантов опор. Для каждого варианта задавалось семь установок. Общее количество измерений для каждого угла установки ровно 20.

Xs Н

У /> О у Ы

Ук, ¿Г У / г

// / V г У /

АО 42

О 0,05 О/ 0/f 0ts QfiS 0,3 Q3S

Рисунок 3. Теоретические и экспериментальные характеристики восстанавливающей силы: сплошными линиями - расчетные, пунктирными -

экспериментальные \ — Ь — 38ММ ,2 — Ь = 30ММ .

По результатам обработки опытных данных получено, что как расчетные, так экспериментальные характеристики имеют криволинейную зависимость, что указывает на нелинейность восстанавливающей силы. В эксперименте перемещения оказались ниже теоретических. Объясняется это тем, что в замыкателях касательных сил имеет место трение, которое сдерживает перемещение верхней плиты.

Следует упомянуть, что по заказу одной из вагоностроительных компаний нами были проведены расчеты и разработаны чертежи опоры для установки между кузовом вагона и тележками. Статическая нагрузка на одну опору - 200 кН. При стендовых статических испытаниях изготовленной по чертежам опоры в натуральную величину характеристика возвращающей силы практически совпала с расчетной.

Динамические испытания проводились на модельном стенде, спроектированном и изготовленном нами.

Груз установлен на две опоры с высшими кинематическими парами, принцип работы которых описан выше. Нижняя плита укреплена на люльке, которая может качаться на четырех маятниковых подвесках. Люлька совершает горизонтальные колебания при вращении кривошипного вала через шатун. Радиус кривошипа можно менять ступенчато.

Для регистрации амплитуды колебаний груза разработано механическое записывающее устройство. Шариковая ручка, укрепленная в ползуне, связанном с колеблющемся грузом, совершает колебания перпендикулярно движущейся бумажной ленте. Бумажная лента, перекинутая через брус, по которому в направляющих колеблется ползун, наматывается на ведущую катушку, сматываясь с ведомой.

Вращение катушки передается от кривошипного вала фрикционной передачей, состоящей из двух дисков.

Динамические испытания проводились для двух вариантов опор, которые отличались высотой стойки: Ь = 38лш , Ь = 30мм . Радиусы вогнутых поверхностей равны Я = 30мм, выпуклых г = 15мм. Приведенная масса колеблющегося груза 5кг. Кинематическая амплитуда возмущения колебаний изменяется ступенчато: 10 мм, 7 мм, 4 мм.

а»

Рисунок 4. Кривые амплитуд. Первый вариант Ь = З&ММ, Я = 30мм, г = 15лш, 1 — /г = 1Омм, 2 - /г = 7лш,

3 — /г = 4 Л/Ж . а - нарастание амплитуд, 5 - сброс амплитуд.

На рисунке 4 приведены кривые записи колебаний для варианта 1. При кинематическом возмущении 10 мм и 7 мм четко виден сброс амплитуд, при

4 мм резонанса не наблюдается ввиду того, что трение сопоставимо с возмущением. Полученные кривые колебаний груза на опорах с высшими кинематическими парами при вынужденных колебаниях не противоречат общепринятой теории колебаний нелинейных систем.

Пятая глава. «Разработка уравновешивающего механизма ножа жатки» посвящена, рассмотрению прикладной задачи .

Прежде всего оценено влияние неуравновешенного ножа жатки на возбуждение вибраций.

Возвратно-поступательное движение ножа создает знакопеременную инерционную силу. Эта сила действует на консоли жатвенного агрегата. При переносе ее в центр масс агрегата действуют: знакопеременная сила, перпендикулярная направлению движения агрегата, и знакопеременный момент относительно вертикальной оси.

Оба этих динамических фактора возбуждают виброколебания и, так как агрегат связан с поверхностью поля упругими пневмоколесами, при определенных значениях параметров амплитуда виброколебаний может достигать существенных значений.

По этой и ряду других причин установка механизма, уравновешивающего нож жатки, необходима.

На рисунке 5 показана принципиальная схема уравновешивания ножа

жатки.

Рисунок 5. Принципиальная схема уравновешивающего механизма Механизм качающейся шайбы 2 имеет два вала - входной 4 и выходной 5. На выходном валу укреплен двуплечий рычаг 6: нижнее плечо приводит в движение нож жатки /, верхнее - уравновешивающий механизм 3. Приведенные массы ножа жатки и уравновешивающего механизма равны, а следовательно, чтобы нож жатки был уравновешен полностью, должны быть равны и плечи рычага.

Уравновешивающий механизм изображен на рисунке 6 в двух проекциях - фронтальной и профильной. В нижней плите 1 и верхней 2 выполнены по две цилиндрических поверхности радиуса Я . Между плитами установлены две стойки 3, каждая из которых состоит из двух цилиндрических роликов, жестко соединенных между собой. Соотношение параметров - Я = 2г, . Следовательно, траектория верхней плиты - прямая линия.

С целью сосной установки плит и стоек, а так же для исключения проскальзывания во время работы к основанию 1 и верхней плите 2 с торцов прикреплены две пластины //, в каждой из которых выполнено по 4 паза. В этих пазах размещаются цилиндрические замыкатели 12, укрепленные в пластинах 5.

Работает опора следующим образом. При отклонении верхней плиты от положения статического равновесия в любую сторону, например вправо на величину у, стойка 3 наклоняется на угол (р. Замыкатели 12 перемещаются

по пазам, не препятствуя перекатыванию выпуклых и вогнутых поверхностей и не давая возможности им проскальзывать.

Принцип работы замыкателя в данном частном случае следующий. Из геометрии и кинематики известно: если Я = 2г, то любая точка на окружности радиуса г, катящейся по окружности радиуса Я внутри нее, движется по диаметру большой окружности. Следовательно, если ось паза, жестко связанного с окружностью радиуса Я , расположить по направлению диаметра этой окружности, то замыкатель будет перемещаться вдоль этого паза.

Чтобы сохранить неизменным коэффициент неравномерности звена приведения при установке механизма уравновешивания ножа, необходимо дополнительно провести расчет момента инерции маховика.

Строить новую диаграмму энергомасс нет необходимости. Так как кинетическая энергия при установке уравновешивающего механизма увеличивается в два раза, то масштабный коэффициент приведенного момента инерции существующей диаграммы энергомасс и тангенсы углов и/ и ш

^ ' шах / шш

также увеличиваются в два раза. Достаточно провести касательные к диаграмме энергомасс под измененными углами, замерить отрезок на оси ординат между этими касательными и вычислить новое значение момента инерции маховика.

Приведенная масса верхней плиты и двух стоек равна 4,5 килограмма, что соответствует ширине захвата 2,1 метра. Для уравновешивания ножа с шириной захвата более двух метров на верхнюю плиту механизма предусмотрено устанавливать балластный груз. Таким образом, механизм можно использовать с различной фронтальной шириной захвата. Приведенная масса подвижных частей уравновешенного механизма вместе с балластным грузом должна быть равна приведенной массе ножа, плечи рычагов привода уравно-

вешивающего механизма и ножа так же должны быть равны, следовательно нож жатки уравновешен при любом законе его движения.

Масса ножа косилок и жаток колеблется от 2 до 2,2 килограмма на один метр фронтального захвата жатки. Целесообразно принять подвижную массу уравновешивающего механизма - ее среднее значение 2,1 килограмма на один метр длины ножа. Расчет показал, что в этом случае амплитуда уменьшится в 20 раз. При оборудовании уравновешивающими механизмами жаток, находящихся в эксплуатации, в случае их модернизации сложно обеспечить соосность траекторий движения центров масс ножа и уравновешивающего механизма. Несоосность может достигать 0,2 метра. В этом случае возникает знакопеременный момент пары сил инерции относительно продольной оси уборочного агрегата. Однако величина этого момента примерно в 10 раз меньше момента относительно вертикальной оси, если жатка уравновешивающим моментом не оборудована.

Изготовлен опытный образец уравновешивающего механизма, который установлен на жатку. Вибрация не ощущается.

Выводы

1. Разработаны теоретические основы устойчивости равновесного состояния системы на стойках с поверхностями качения.

2. Предложена принципиально новая конструкция опор с высшими кинематическими парами, в которых скольжение заменено перекатыванием выпуклых цилиндрических поверхностей по вогнутым, благодаря чему износостойкость опор существенно повышается.

3. Выявлены основные характеристики для оценки качественных показателей опоры возвратно-поступательного движения: траектория движения верхней плиты; отношение возвращающего усилия к вертикальной нагрузке, т.е. тангенс угла возврата; угол между равнодействующей сил и ее нормальной проекцией в точках контакта, т.е. угол сцепления.

4. Разработана принципиальная схема и метод расчета замыкателей касательных сил - устройства обеспечивающего устойчивую работу опоры независимо от изменения угла трения.

5. Предложена методика прочностных расчетов элементов опоры на контактные напряжения, исследования общего напряженного состояния и определения габаритных размеров.

6. При статических и динамических стендовых испытаниях опор в основном подтвердились расчетные характеристики.

7. Разработана конструкция уравновешивающего механизма ножа жатки с прямолинейным движением уравновешивающего груза, повышенной износостойкостью и минимальными затратами энергии.

8. В уборочном агрегате, оборудованном уравновешивающим механизмом ножа жатки, амплитуда виброколебаний снижается в 10 - 15 раз.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Аксютенков, В.Т. Теория и расчет восстанавливающей силы в опорах возвратно-поступательного движения / В.Т. Аксютенков, А.К. Тимаков// Материалы XV межвузовской конференции на тему «Проблемы природообу-стройства и экологической безопасности». - Брянск, Издательство БГСХА, 2002. - С. 56 - 59.

2. Аксютенков, В.Т. Обоснование параметров конструкции направляющих с высшими кинематическими парами / В.Т. Аксютенков, Е.В. Жукова, А.К. Тимаков // Сборник научных работ на тему «Конструирование, использование и надежность машин сельскохозяйственного назначения». -Брянск. - Издательство БГСХА, 2002. - С. 5 - 10.

3. Аксютенков, В.Т. О колебаниях механической системы с нелинейной характеристикой восстанавливающей силы / В.Т. Аксютенков, Е.В. Жукова, А.К. Тимаков В материалах XVI межвузовской научно практической конференции на тему «Проблемы природообустройства и экологической безопасности» / Брянск. Издательство БГСХА, 2003, - С. 12 - 16.

4. Аксютенков, В.Т. Расчет характеристик нелинейной восстанавливающей силы по динамическим параметрам./ В.Т. Аксютенков, Е.В. Жукова, А.К. Тимаков // Сборник научных работ на тему «Конструирование, использование и надежность машин сельскохозяйственного назначения». - Брянск. -Издательство БГСХА, 2004. - С. 95-98.

5. Воронин, В.А. Теоретическое и экспериментальное определение силы резания в режущем аппарате жатки и предложения по усовершенствованию его привода. / В.А. Воронин, Е.В. Жукова, А.К. Тимаков // Наука - возрождению сельского хозяйства России в 21 веке. Материалы научной конференции. - Брянск. - Издательство БГСХА, 2000. -С. 218-220.

6. Тимаков, А.К. Основы теории и конструкции направляющих с замыкателями касательных сил в опорах / А.К. Тимаков // Сборник научных работ на тему «Конструирование использование и надежность машин сельскохозяйственного назначения». - Брянск. - Издательство БГСХА, 2002. - С. 10 - 16.

7. Тимаков, А.К. Определение характеристик восстанавливающей силы в опорах упрощенной конструкции / А.К. Тимаков // Сборник научных работ на тему «Конструирование, использование и надежность машин сельскохозяйственного назначения. - Брянск,- Издательство БГСХА, 2004 - С. 98-100.

8. Аксютенков, В.Т. Стендовая установка для экспериментального определения динамических характеристик опор / В.Т. Аксютенков, А.К. Тимаков, Е.В. Жукова // Сборник научных трудов Конструирование использование и надежность машин сельскохозяйственного назначения. - Брянск,- Издательство БГСХА, 2006. - С. 250 - 253.

9. Аксютенков, В.Т. Экспериментальная проверка характеристик опор возвратно - поступательного движения на стенде / В.Т. Аксютенков, А.К. Тимаков // Сборник научных трудов Конструирование использование и надеж-

ность машин сельскохозяйственного назначения. / Брянск. Издательство БГСХА, 2006,-С. 98-102.

10. Аксютенков, В.Т. Опоры возвратно-поступательного движения с высшими кинематическими парами. / В.Т. Аксютенков, A.B. Титенок, А.К. Тимаков, // Вестник БГТУ. - 2009. - №2. - С. 49-52.

11. Аксютенков, В.Т. Основы теории замыкателей сил в опорах / В.Т. Аксютенков, А.К. Тимаков, А.Н. Малык.// Конструирование использование и недостатки машин сельскохозяйственного назначения. - Брянск. Издательство БГСХА, 2009. - С. 80 - 84.

12. Аксютенков, В.Т. Расширение диапазона характеристик в опорах с высшими кинематическими парами / В.Т. Аксютенков, A.B. Титенок, А.К. Тимаков // Вестник Брянского ГТУ.-2010.- №1, -С. 31-35.

13. Аксютенков, В.Т. Рассмотрение возможностей ресурсных испытаний узлов по замкнутому контуру / В.Т. Аксютенков, А.К. Тимаков // Наука возрождению сельского хозяйства России в XXI веке. Материалы научной конференции. Брянск. Издательство БГСХА, 2000, - С. 398 - 399.

14. Тимаков, А.К. Механизм уравновешивания сил инерции ножа жатки / А.К. Тимаков // Сельский механизатор. - 2010. №5.с. 12.

На правах рукописи

Тимаков Александр Константинович

РАЗРАБОТКА УРАВНОВЕШИВАЮЩЕГО МЕХАНИЗМА НОЖА ЖАТКИ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ВИБРАЦИИ И СОЗДАНИЯ БЕЗОПАСНЫХ И НОРМАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ ТРУДА

Подписано к печати 08.11.2011 г. Формат 60X84 '/4. Бумага печатная. Усл.п.л. 1,0. Тираж 100 экз. Изд. № 2044.

Издательство Брянской государственной сельскохозяйственной академии. 243365, Брянская обл., Выгоничский р-он, с. Кокино, Брянская ГСХА