автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.04, диссертация на тему:Снижение высокочастотных крутильных колебаний в приводе ротационных почвообрабатывающих машин

'ТО ОЛ. - .

пхэдарствяшй коаитег по вшей шкоде

ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫ!! Т2ШЯ5ШЙ ШШ2РСЙТЕГ

На правах рукописи

УЖ 631.352.4:621.833.002(04)

ЯХМ Ыохоыед Аш Ийрагнм

СНИКШИЕ ВЫСКОЧАСТОТНЫ! КРУТИМЫХ К01ЕБАШЙ В ПРИВОДЕ РОВДГОННЫХ ПОЧВООЕРАЕАТЫВАЩа ¡ШИН

Специальность 05.20.04. - "Сельскохозяйственные и гидромелиоративные машина"

■авт.орбфврат диссертация на соискание ученой степени кандидата геэипесюах наук .

Ростов-на-Доку .1533" '".

Работа выполнена в Донском государственном техническом университете

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

грошев л.м.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

ДЬЯЧЕНКО Г.Н.

кандидат технических неук, доцент . ЙНЦОРОВ Е.М,

Ведущая организация - ГСКБ по культиваторам и оценкам

г.Ростова-на-Дону Защита диссертаций состоится "¿4 " 1993 г. в /Т час.

на заседании специализированного Совета Д-63.27.02

при Донском государственном техническом университете "/708,

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

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Отзнв в двух экземяярах, заверенных гербовой печатью,просим

направить по вышеуказанному адресу.

Автореферат разослан 1093 г.

йнцая ларакгержтика. работа

Актуальность темы. В сельском хозяйстве широко применяются почвообрабатывающие машны с активными рабочими органам!, приводимыми в движение от вала отбора мощности агрегаитуемого с машиной трактора: фрезерные культиваторы, ротационные плуги, агрегат залуяивания.

Дальнейшее совершенствование конструкций ротационных, почвообрабатывающих мания невозможно без исследования динамически процессов, связанных с дискретностью процесса фрезерования и появлением дополнительных нагрузок, действующих на детали. Поэтому исследование процессов' нагрузсения трансмиссии и последувдие изыскания методов обеспечения высокой эксплуатационной надежности, а такие выявление оптимальных конструктивных параметров является в настоящее время актуальным.

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

Цель исследования. Изучить влияние высокочастотных крутильных колебаний в приводе почвообрабатывающих машн с активными рабочими * днами на надежность конструкции и разработать метода, сникенкь. »их колебаний путем выбора оптимальных конструктивных параметров • машны. '

Объектом исследования являются ротационные плуги типов ПР-2,4; ПР-2,6;'ЯР-2,7.

Методика исследования. Теоретические' исследования сил резания и колебаний в приводе, вызываемых этши силами, базирующиеся "на методах теоретической механики, механики резания грунтов, теории колебаний, теории случайных процессов. Экспериментальные исследования сил.резания и Моментов в трансмиссии с использованием., методов элекгротензометрии с последующей обработкой результатов исследований с помощью ЭЭД, с привлечением методов теории случайных функций и математической статистики. .-.'.'.

Научна^ новизна, Изучена механика возникновения выскочастот-ных крутильных кбдебандй в дрюодазротационшвграбочих ирганоя,- а такас-влдяние конструкции фрезы на интенсивность этих колебаний. Заявлены условия возникновения автоколебаний в приводе, обусловленных фазовыш сдвигами, медду процессами фрезерования почвы и колебани^угловой скорости привода.

Драдтическая дешкхгеьт- Газработана и лредлеаена-'ГСТ® во-

тиваторач а сцепкам схема привода ротационного плуга ПР-2,7 с централыам коаичесюо-цашщрическам редуктором, созволялцая умень шть дангдшческую составляющую момента на валах трансмиссии.

Апробация работы. Основные полокения диссертационной работы докадавались на научно-технических конференциях ДГТУ б 1990-93г.г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано четыре работк.

Структура к объем "работа, Диссертация состоит введения, пяти глав, вшзодов и рекомендаций сгшска использованной литературы из 156 наименований, содержит 93 страницы основного текста,'46 рисунков, 12 таблиц.

I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИООЩОВАЕИЯ

В разделе посвященном обзору конструкций различных фрезерных почвообрабатывающих маиин анализируются характеристики фрез производимых в Швейцарии, Германии, США, Австрии, Венгрии, Польше, Го-ландии, Италии, Российской Федерации и других странах. Шоголетние агрономические опыты, проведенные в Санм-Петербургской сельскохозяйственной академии, а также на Северо-Кавказской ШС доказали, что фрезерная обработка дает достаточно мелкое крошение почвы, хорошее, перемешивание слоев, более интенсивное уничтожение сорной растительности.

Работы по усовершенствованию конструкции почвообрабатывающих фрез и определению иг оптимальных параметров проводились в ВИСХОНе, ВШ, СибЗДЭ, УСХА, ШйСП и друх'ях учреждениях. В качестве рабочих органов в настоящее время используются следующие типы ножей: прямой фронтальный или Г - образный ( Т- - образный) (рис. 1.а), прямой наклонный (рис. 1.6), криволинейный фронтальный (рис. Х.в) и криволинейный саблевидный {рис. 1г).

Исследованию сил, действующих на рабочие органы со Стороны почвенного пласта посвящен'; работы К.Ф. Канева, А.Д. Долина, В.П. .Павлова, Э.М. £ука, В.Д. Докина, А.И. Зеленина. Определены силы реакции почвы, установлены закономерности изменения сил в зоне контакта органа с почвой.

с,

Т&о. Т. ножей фрезерных агрегатов

Экспериментально установленный исследователями момент на фрезер-

а во-вторых не выявляет характера сил, действующи на ноя.

В.М. Андреевым установлено, что на характер нагрунения при-, вода брез существенное влияние оказывает схема,размещения рабочих-органов, однако влияние неравномерности момента на фрезе на возникновение крутильных колебаний в приводе не изучалось. .

Исследованиями И.О. Канева, В.Д. Долина установлено, что на динамические показатели фрезерной машины существенно влияет число ножей и секций. От. этих характеристик зависит степень неравномерности момента на барабане и качество обработки почвы. Имеются рекомендации по выбору оптимального числа ножей в секции и количеству секций на барабане для различных типов почв, однако влияние'количества нокей на одной секции на динамические показатели фрезер-, ной машины посуществу остались не исследованными.

На основании литературного обзора были поставлены следующие задачи исследования.

1. Произвести теоретические исследования механики.резания почвы фрезами, оснащенными различными типами ножей и дать сравнительную оценку уровней динамического нагруженкя привода.

2. Изучить выокочастотные крутильные колебания в приводе фрезерных почвообрабатывающих машин, выяв^:. динамические системы, создаодие эти колебания, рассмотреть вопросы устойчивости! приводов при крутильных колебаниях, найти оптимальные режимы работы агрегата. Проверить а полевых условиях полученные результаты.-

3. Угочнйть методику прогноза показателей надежности деталей привода с учетом влияния высокочастотной части спектра колебаний'

. на накопление усталостных повреждений в материале.

4. Рассмотреть вопросы выбора кинематической схемы привода

и общей компановки машины, обеспечивающие снижение динамической-^. нагрухенности деталей.

2. МЕХАНИКА РЕЗАНИЯ ПОЧВЫ ДИСКОВОЙ ФРЕЗОЙ С • ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ОСЫ) ВРАЩЕНИЯ

Вначале бшш рассмотрены £ила..разания и момент на фрезе, бс-

Дюбая точка нога совершает вращательное движение со скорость^ СО вокруг оси барабана и поступательное, равное скорости агрегата 17м . Толщина срезаемого нокон" слоя почен 8 вменяется во времени и с некоторш» -донущветями-ив*ет' быяг определению- ураа-

иений движения точек, принадлежащих двум соседним нонам фрезы по формуле:

- К [СО^1-соМиШЩ

где £ - число ножей на фрезе;

- радиус фреан.

Рис. 2. Сады, деЛствузднв на ноле

Ва рас. 2 показаны сига, деЗствувдде на злеаектарзу» пяочад-, ку № - рабочеЛ поверхносга нога. Здесь ¿.Н . - сила нормального давления, - сащ трезвя, вогишсасзгиг яра дрггеннзгсрээаеуо-

го яяасга»- -(Ш. * ©эзультяруЕ^ая, г/Р - охрузная сила, создающая момент"на фрезе:

где ' р - угол наклона-рабочей поверхности ножа; ..

р - угол трения. Считаем, что нормальные напряжения в почве бп и деформация почва .подчиняется зависимости, предложенной. Беккером, тогда:

(3)

где К', , /! .,• • -параметры уравнения;

§к - текущая, деформация срезаемого слоя почвы в радиальном направлении. На оснований (3) нормальная сила ¿К может быть представлена

как

dt/~Kt$"co$:pco$~fcl8d4 (4)

где ct$ , dé - размеры элементарной площадки.

Полная окружная сила Р является суммой элементарных окружных/ сил, а момент на фрезе M„ = PR . После интегрирования dV по ширине рабочей поверхности нога момент Н" ~резе мо:хет быть представлен как . . ■ ;

где Ъ - захват нока;

- коэффициент снижения эффективной толщины.

При исследовании момента на'фрезе .^оснащенной прямыми наклонными ножами было.учтено то. обстоятельство, .что нож не только ревет почву, но и перемещает ее в поперечном направлении, поэтому направление движения срезаемой стружки не совпадает с плоскостью, лерен-> дикулярной режуще® кромке и зависит от угла наклона рабочей поверхностью иагаТ^фгзико-ыеханиЧеских свойств почвы. На начальной с<а-дии-заждубления ширина фактического захвата ножа изменяется, поэтому аналитические выражения для элементарной окружной силы на иа-чальнойтстадшгзаглубления и участка фрезерования, когда лезвий ножа полностью погружается в дотау, получаются различными.- -"В случае водного погружения ножа выражение для момента" на

фразе имеет вид:

¿Г' (6)

■ (п+о eoá*y coip

где 0 - утол ыезду вектором скорости движения почвы по поверхности кожа и касательной к-троховде движения ножа для рассматриваемой точки. При работе криволинейного фронтального ножа фактический зах- ' ват ножа на участке фрезерования непрерывно изменяется, определение силовых-зависимостей для этого типа ножа было произведено с учетом того, что нормальные напряжения на рабочей поверхности ножа распределены нелинейно как по ширине ее, так и по дайне, выражение для момента на фрезе в этом случае имеет вид:

(n+i) coín4lfi Jx

где 8. , &0 - координаты произвольной элементарной площадки;

полуось эллипса ограничивающего площадь контакта но;ка с почвой; -

о„ц%~ максимальная деформация почвы; X - радиус кривизны ножа. • ■ В выражении (7) интеграл не приводится к табличному и был взят численным методом.

При вычислении момента на фрезе, оснащенной саблевидными ножами было учтено то обстоятельство, что помимо изменения фактического захвата ножа на участке фрезерования происходит перемещение' почвы вдоль криволинейного лезвия ножа, причем нарравление скорости перемещения' частиц почвы по длине лезвия различно так как угоя 0 меадг вектором скорости движения почвы и касательной к гроховде движения в рассматриваемой. точке по длине .режущей кромки -изменяется. Выражение для момента на фрезе в этом случае имеет вад:

-to -

выл

'"fi.«)«*'*/ <*$/> J* 'о

Здесь угол является функцией координат, расположения

элементарной площадки dF ,

Б выражении (8) интеграл также не приводится к табличному ж был взят численным методом.

Вгра&ения (5), (6), (7), (8) были использованы для вычисления моментов на фрезе, оснащенной различными типами ножей. Для получения сравнительных результатов были, произведены вычисления для фрез одинаковых габаритов. Параметры были приняты следующие: Т?» 0,375н,

Vm=1m-c-«, h s 0,2 м , , г = 0,2п, 1 = 0,7

p= 9° , р-Ъ5° , 5-0,12м , со = 12 с"1.

На рис. 3 показаны графики моментов на фрезе вычисленные.по указанным формулам. По оси ординат на графиках отложены о^ноаення моментов М„ , Мн . Мк . Мг к ыоьенгу Мп > создаваемому прямолинейным фронтальным hqsoh. Из графиков вддао, что наибольшая по величине переменная составляющая момента на фрезе возникает при боге с прашгии нохаш, что способствует созданию условий возцй'{-■вения крутильных колебаний в приводе. Из графиков вычислялись от-

АМплигУЛ . _ • ' ,

ношения - колебаний моыэатов к амплитуде момента на шрезе, оснащенной пряиыык ножами : А ■ А„ •

1хо.'3. j^s^eecs моментов ш.^раве при иопадьвовййЁй пряыолинеЯвых (I), наионных (2), крвводвавИнах'(3) и

саблеввдных (4) ножей.

Установлено, что К0^19 дай саблевидных нокей, Ко=0,5?4 дая криволинейных и Коя0,7¿3 дои наклонных. Как видно, с точки зрения уменьшения крутильных колебаний в приводе роторного плуга . наиболее предпочтет ельгыми- являются саблевидные нояи.

3. крутилейне колзйания В привода оре32рного барабана;

Случайные крутильные колебания приводов фрезерных агрегатов, вызванные вертикальными колебаниями ыашино-тракторного агрегата и различной плотностью почвы изучены В.Я. Ыайстренко, в.и. Андри- ^ вым, С. Пачеко. В настоящей работе рассмотрены крутильное колеба- ' ния,-вызванные дискретностью процесса фрезерования почвы, когда частоты динамических воздействий имеют порядок -¿±300-500 с"'. Это обстоятельство обусловило необходимость изучения в приводе доминирующих колебательных систем, которые имеют частоты собственных -колебаний в этом диапазоне. При исследованиях были использованы колебательные модели представленные на -фс, 4, соответствующие двухбарабанному (а) и однобарабанкому (б) ротационному плугу.

\

Рис, 4т~Клвбательны9 модели

1

Обозначения приняты следующие: ..

С* , - аестность и коэффициент демпфирования системы карданного вала;

Су , кг - аесткость и коэффициент демпфирования системы трансмиссионного вала;

V/? • Уб - У*1® поворота инерционных масс центрального редуктора и барабана в абсолютном движении;

Ор - момент инерции вращающихся масс центрального редуктора;

9е - момент инерции вращающихся масс бортового редуктора и фрезерного барабана.1 Из дифференциальных уравнений крут иль них колебании инерционных масс записанных в операторной (¡рцыв была ¿айдена передаточная функция подсистемы, характеризуемой суммарной инерционной массой вращающихся частей центрального редуктора.

(9).

II передаточная функция подсистемы, характеризующей суммарной инерционной массой вращающихся частей бортового редуктора и барабана.

где М(р) - изображение! по Лапласу воамувдвдего момента;

,. фр (р)- изображение по Лапласу углов поворота

_-—• - ------------т

Р - оператор дь$ербнцирования»

Передаточная функцш (S) з (10) позволили записать выраае-кие в операторной уорме записи, для ысиента действующего ка карданной вале

йм(р)=иР1р)(Ск + Кр)М(р) (П)

и трансмиссионной- 'вале

-MTB(p) = fWp(p)-W6( p)3(cr-brp)M(p) (12)

' В связи с тем,' что воздействия на динамическую систему пред- -ставляюг собой коыбпнахзт периодических составляющих, после -заие-вн Р= j V били получены формулы дня вычисления модулей крутя- . щих моментов как временных функций комплексного переменного т.е. модулей оригиналов выражений (II) и (12).

Ддя исследования крутильных колебаний определялись массово-геометрические и упруго-дисслпатявяые характеристики т^'зода з соогзегствл;: с принятыми моделями (си. рис.- 4).

При определении моментов инерции Cg , ^р двмш привода рассматриваюсь з в;где элементов имеющих цилиндрическую фор,г/, . что существенно облегчило вычисление моментов инерции. Все колебательные параметры приводились к карданному валу. Крутильные жесткости. С к , Ст определялись в лабораторных условиях путем заклинивания привода в определенное местах и приложения иэвест- '. нкх моментов и измерения углов закручивания участков привода. При . определении коэффициентов затухания колебаний ^к , KY использо- -валось специальное устройство,.создающее резкий скачек момента в приводе. Реакция привода на этот скачок регистрировалась тензо- ; элементами. • ' :

Яз характеристических уравнений систем'определялись частоты собственных колебаний динамических систем, соответствующих---фрв- '. зерноыу культиватору хат-з.к и п.луту ЛР-2,6. Эти частоты лежат ■ з диапазоне- -J- /80 -511 с"! Частоты воздействий.при.скоростях вращения фрезерного.барабана W= 12,8-22,2 с-1 . равны ^-153-552 е~1 .Совпадение диапазонвв частот-собственных колебаний и частот -вкёш-кшсвоздействиагпозволило .сделать закличете о

новения резонансных, явлекий в приводах на некоторых режимах работы

агрегатов.

¿дя ротационного плуга НР-2,6 по результатам расчетов построена графика згзисшостц злштуд крутящее ыонеатов ВОМ трансмиссионном веле от скорости вручения фрезерного барабана оснащенного разл1чк:;.'11 нонами. Из графиков, представленных на рис. 5, видно, что при скоростям вращения барабана Ы= 15 -20 с"' динамические составляющие крутящего моиеята в частотном диапазоне т)=200-500с' минл.'альные. Было исследовано также влияние поступательной скорости движения агрегата У» (т.е. подач:! на один кок фрезы) на динамическую составляющую крутящего момента в приводе. На рлс. 6 представлена зависимости для крутящего момента на карданном валу для различных типов нохей при скорости врацеши барабана W=/6,7 г"' . Как видно", из грауихоз рассматриваемые зависимости имеют нелинейной характер. С увеличением /м агрегата динамическая нагрукел- ' ность привода возрастает.

Графики представленные на р:;с. о и 6 показызают, что наименьшая динамическая кагрукенность привода будет при установке на £ре-

¡ij) и ВОЛ (5,6,7,8) при установке-прямых (.11,5) наклонных (2,6) кри-золаненякх (3,7) я саблевидных (4,8) ножей. .

?::с. е. Ачашуда момеп?а .-:а ЗК<! при ззаеаежгл скорости агрегата.

4. вжж^ааазлз д?аг:яэсЕ2 ,

п?сцд:ссз з ?ото?.;сго ilot.i

^ссдедозший яообс,- . Mes на полигоне ГСКЕ по культиватора» сцепка.! (г,Рос?йв-кз-Доьу). Объектом ::сследов;лея ¿вдюь различнее :юди"ж:а1зп1 роторного плуга(П?-2,4; ¿P-2,S; JP-2,7) oww-чавдяесл гирзной заката :г щгаекатэтескоЗ схемой привода фрезерного барабана. Плуги агрегатнроза-йсъ с трактором -ï-ISCX. Программой исследоваш-'л предусматривалась обработка пода после, посева, а также обработка залежей. Фрезерование производилось на гдубьку h=J2--IÎcm . скорость вращения барабана варьировалась в пределах1 -.25,4 с', а скорость движения агрегйта составляла V^- 1-2 м-с"'. План проведения эксперимента бил составлен"*так1Ш образом, .чтоо'ы можно было исследовать влияние различных параметров на среднее значение моментов в приводе, а также на динамическую составляицув этих величин.

3 процессе проведения исследобакий измерялась "крутяцяй момент тгч1готэ™о6орогов на карданном валу ( M^g, , п«6 ) трансштсслошоу валу ( Мт8 , птв ) Лрезерно:.1 барабане (И , п ), поступательная скорость ;.1ТЛ ( Vm ), шлеи? на йрезс создапаеше но;'Л*::; различного типа, глулиа фрезерово:~>;л.

Для регистрации нукяах-яара?.*етров были испо.тьзовали ciieuiuviL-

ные теазометраческие пр-эобразоватеди крутящего момента и счетчиц

оборотов индуктивного типа. При измерении, момента на урезе, осна-ценноЗ ножами различного типа использоешксь спецаалкс-ю тензо-1.!етой":зс:;ке нога с огверскшл б'зоне крепления, (в сечении, где деЗстауег'иаксйшьный изгабалдай момент). 3 отверстиях помещались электршэские тгнзощтры сопротивления,• Тензометра вклгочатпсь по полуиостоЕой cicei'e и через токосъемник подключались к тензомет-рическоыу усилитедо. Пол проведении экспер;ше>:тов в этом случае на крайнюю левую фрезу no-xc.^y.LTA, • устанавливались однотипные, экспериментальные ноги (цргыые, наклонные, крившинёйще, саблевидные), один из ножей был тензоыетрическш.

$ качестве регистрирующего- устройства использовались тензо-станда типа СЕН, оснащенная' текзоаеярпческпан усилителями З-ЛЗЧ-7.1 и светолучевнмп осциллографами ÎKXMIu. При общей погреиностз экспериментов учитывались погресь'оста вносимые измерительным трактом, таряровкой считыванием ординат с осциллограммы. Установлено, что полная относительная погрешность эксперимента не. прев:т:гла 7-10

Обработка представленных выборок осциллограмм моментов на барабане, трансмиссионном вале, карданном вале методами теории слу- ' ча2ных функцяй позволила, построить гра^ы.■ зависимости математа-. ческого оеЕдания моментов M от. рада ветров, lia рис.-7 пред. ставлена гра^гки зависимости среднего зка-гения момента на барабане (I), трансмкссиоаном вале (2) и карданном вале- (3) от. скорости вра-; щения барабана при И'С*^ и'глубине фрезерозакия Ь=0,16м

В njoi;ecce п^зедения этой серии экспериментов было установлено,- " что "число ноае2 на яаедоЗ урезе (4 или 6) практически не-глазет. . на среднее значение моментов. Что касается динамической составляв- • щей момента, то здесь разница существенная,- что видно из рис. 8.

При работе барабане оснащенного фрезами с четырьмя нотами, . коэффициент рариафш момента;.Ум почти в два раза'выше, чем при . работе барабана оснащенного шестью 'нагами. Кроме того, в опреде-; ' ленном диапазоне "угловых скоростей барабана наблвдается увеличение коэффициента вариации момента, что обуславливается близостью частот-внешшх-^озде^ствий-и_частот-йойствешшх-колебаний домини-- . /.'-' jщшх. колебательных систем в приводе.'.С увеличением глубини'фре-■ зерованил лочвы-иовд^ц^ен*. вариация момента в -приводе 'уменьшает*-. .. ся,'что. связано с демпфирующей .способностью почвы при/больших'-■'. - гдуолнга: .дрезерованкг». ' ■.'■'■''-

Рис. 7. Средние значения момента на барабане (а), трансмиссионном (2) и карданном (3) валах.

Рис. 8. Коэффициенты вариации моментов, на барабане при установке четырех (1).н шести (2) ножей.

11 ¡00 200 300 400 500 л), С*' »'

Рис-. 9. Нормированная спектральная плотность момента на

Анализ спектрального состава переменкой составляющей момен-. тов в грансшссии при изменении параметров фрезерования показывает, что при изменении скорости вращения барабана низкочастотные части спектров (-^-ЗОс4 на рис. 9) практически не изменяются, что касается высокочастотной части спектра,, то при изменении скорости вращения барабана характер, спектра изменяется. При тех скоростях вращения, когда частота внешних воздействий совпадает с одной из собственных частот доминирующих колебательных систем, наблюдается увеличение ординат спектральных плоскостей, что приводит к увеличение дисперсии процесса. Вели частота внешних воздействий находится в^не диапазона частот собственных колебаний системы, вся энергия спектра находится в низкочастотном диапазоне и дисперсия процесса уменьшается. .

Результаты тензометрирования моментов на фрезе оснащенной ножами различного, типа показали, что динамическая составляющая момента зависит от.типа нога. Амплитуда момента минимальна по величине при.использовании саблевидных нозей при всех реализованных параметрах фрезерования почвы.

5. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЕНОСТИ ПРИВОДА.

РОТАЦИОННОГО ПОТА. И СН2ЕЕНИЕ УРОВНЕЙ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ

Проведенные исследования доказали, что спектр переменной составляющей момента в приводе фрезерного агрегата значительно шире общепринятого ( ^=0-^10 с'1 ). Представленный на рис. 9 график спектральной плоскости свидетельствует о том, что частоты воздействий могут достигать i>e5ÖCr"'. Поэтому воздействия на привода следует отнести к широкополосным случайным процессам и с этих по-anirrä производить расчет ресурса деталей трансмиссии по усталости. Известные формулы для расчета ресурса при широкополосной случайном нагружении основанные на спектральной суммировании дают Состоятельный прогноз ресурса на основании сопоставления одаопаранег-ричеокий куивой-нагруденности, выравнивание, которой производится гамма-распределением. В связи с этим была произведена статиста- ■■ "ческая обработка полученных в полевых условиях осциллограмм моментов в приводе ротационного плута ПР-2,4 , фрезерного культиватора КЙГ-3,6 , а такае агрегата залуживания АЗ-2,4 с целью изучения

момен-

тов гамма-распределением; Статическая обработка осциллограмм производилась по методике, рекомендованной в отрасли сельскохозяйственного машиностроения.

На ряс. 10 представлено распределение приведенных амплитуд момента, передаваемого карданным валом культиватора.КЖГ-3,6 по результатам исследований В.И. Майстренио, без учета высокочастной составлящей момента (храфзк I). З&равнявание эмпирического распределения автором произведено логаркфизчески-норйаяьньаГ^ако-ном (график 2). На этом ге рясушсе представлено распределение ешинтуд момента передаваемого карданным валом, .полученные в настоящей работе с учетом высокочастотных 'составлявших процесса (графах 3). В йосяеднем случае выравнивание произведено геыма-распре-двлениеа о параметром ШН (график 4). Как видим,получена существенно рваииные распределення-пря-различиом подходе к обработке ебЦйлетграги. Оценка близости эмпирических и теоретических !гаша-распредвлвняй производилась нанк_по критерии Шрсона|. Ддя большинства распределений было получено Т 0,96^3 -о, в Ар 5 что свидетельствует, об удовлетворительном согласии эмпирических, и тоорвгячэеких распределения. -----

-го-

В таблице представлены результаты расчета'среднего ресурса . ; выполненные по известны;.! формулам с учетом и без учета высокочастот-. ной составляющей'спектра крутящего момента в приводе.'

Таблица

Результате! расчета среднего ресурса

' 1'ашна \ •' ! Узел ! Средний ресурс в сезонах ; ! Расхождения

! !В.Ч. составл. ! I не учтена •Б.Ч. составл. ! , учтена \ %

Культиватор : ■ ! ЕШ ! Кй£з,6 ! ! 54,3 ! 36,4 ! ! 32

Ротадаонный плуг ! трансы.! • НР-2,4 . ! вал ! 37,2 '! 29,1 ! 21

Агрегат залуживания! ВОЫ ! АЗ-2,4 ! ! .51,4 | 38,6 ! 24

Из таблицы видно, что средний ресурс, расчитанный без учета высокочастотной составлявшей спектра момента имеет завышенные на 30-50 % значения.

Это обстоятельство необхо.сш.о. учитывать при расчетах показателей надежности приводов ротационных почвообрабатывающих машин.

Амплитуды крутящих моментов в.приводе могут существенно изменяться с изменением скорости вращения барабана. Это обусловлено совпадением спектров частот воздействий и частот собственных колебаний Доминирующих колебательных систем. Возникает вопрос о возможности разнесения указанных частотных диапазонов* Одним из воа-

а гряисхчжин

ыожных решений, вг^гб .вопроса является использование фрезерной поч-вообрабатавапцей/машины центрального модуля в котором совмещен конический редуктор, сменные шестерни для изменения передаточного числа и две цилиндрические передачи, обычно составляющие основу бортового редуктора. Использование центрального модуля имеет ряд преимуществ. Исключение из схемы привода бортового редуктора, а следо-вателько-н-трансмиссиокного вала, значительно упрощает конструкцию ' привода и уменьшает его массу. С точйи зрения возникновения выско-частогиых крутильных колебаний такач схема имеет достоинство, так как исчезает доминирующая колебательная система, опреде!лявчая . инерционной массой вращающихся частей бортового редуктора. Кинема-тдческая охемо привода с центральным {редуктором улучшает условия -

работы фрезерного барабана так как редуктор, расположенный в . центре мгыкны-является одновременно ойброЗ двух крайних валов бара- . ; бана, изгкбяая жесткость которых повышается. Кинематическая схема с центральном, редуктором делает конструкцию ыаилга симметричной, т.е. ликвидирует несимметричное. нагруаение спстеш подвески на траяспортнцХ • реетиах и опорнах колее при ¿резероважа.'

Динамические расчеты, проведенные для прквода с центральна . модулем показали, что роторный плут, имеы^Л центральный модуль '• -по сравнен:® с плутом, шеа&ш бортовые редуктор;; :.?.'еет меньжл уровень• амплитуд моментов в приводе на всех.'режимах работы барабана. Кроме того здесь не наблюдается резонансных зон с резким, увеличением амплитуд момента в приводе. Поэтому кинематическая схема привода почвообрабатывающей машины с центральным модулем является более предпочтительной по сравнении со схемами, имеющими бортовые редукторы и трансмиссионные валы. ■

6. 'ОЩЗ ЗаВОД^ ПО РАБОТЗ

■ Проведенные теоретические и экспериментальные', исследования ■ динамики фрезерных почвообрабатывающее машин печатали сделать следующие выводе.

1. В процессе фрезерования почзн дасковлуи .фрезами с горизонтальной осью вращения происходит периодическое изменение окружной силы на фрезе, связанные с дискретностью процесса фрезерования. Заокномеряости изменения крутящего момента на фрезе различны в зависимости от типов используемых ножей. Наибольшую динамическую составляющую момента на фрезэ создают Г - образные или Т - образные (фронтальные) ножи. Амплитуда момента на фрезе снижается если рабочая часть ножа наклонена к оси барабана, саблевидные ножи создают амплитуду момента на ноже в три раза меньшую чем Г - образные.

2.' Удельная энергоемкость фрез, оснащенных криволинейными ножами как правило меньше по сравнению с прямолинейными примерно на 20 % за счет изменения формы борозды при обработке почва?

3. Использованные'для описания..,вир.лкочастйтыах, крутильных колебаний ( -0=150-500 с"1 ) динамические модели позволили устаног вить доминирующие колебательное системы, определяемый инерцион-

■ ныыя ыассаыи центрального и бортового редуктора с фрезерным байбаком, _3аетота_собмз£шгых крутильных колебаний доминируй®!.

колебательных систем находятся в диапазоне частот внешних возде'ст-вий, создаваемых дискретностью процесса фрезерования.

,4. Амплитуды крутящих иоментов, передаваемых карданным и транс-г,:иссионн;аш валами существенно зависят от типа применяемых ножей • на фрезе и скорости вращения барабана. Цри любых скоростях вращения наибольшую дакашческуй составляющую момента на валах дают (Г - образные) ноли, наименьшую - саблевидные ножи. В диапазоне скоростей вращения барабана роторного плута ПР-2,6 со=/5 т-25с"' динамическая составляющая момента на карданном и трансмиссионных валах минимальная.

5. Дискретность процесса фрезерования дисковой фрезой с горизонтальной осью вращения приводит к запаздыванию по времени мевду угловой скоростью и моментом на барабане. Это обуславливает появление крутильных автоколебаний в приводе. Исследование устойчивости с использованием метода Д - разбиения цространвтва параметров характеристического уравнения показало, что ограничение на величины момента инерции и скорость вращения барабана не позволяют получить устойчивых режимов работы реальной машины.

6. Анализ осциллографических записей крутящих моментов 'в трансмиссии ротордаго плуга ПР-2,4 показал, что расстановка и число но-аей на барабане практически не влияет на постоянную составляющую моментов на приводных валах, динамическая составляющая существенно зависит от числа ножей на фрезе и уменьшается примерно в два раза при увеличении числа ножей от четырех до шести.

7. Спектральный анализ моментов в приводе ротационного плуга ОР-2,4 показал, что при изменении параметров фрезерования ( , тГм ) низкочастотная часть спектра (30 с"') практически не изменяется, высввочастотная часть (•?> 250еч ) изменяется в зависимости от близости частот -воздействий и собственных колебаний инерционных масс.

8. Диализ статистических распределений амплитуд моментов в приводе показал, что при учете всего спектра воадействаЁ Миг выравниваются г^маа-распределенкза. Прогноз среднего ресурса получается состоятелЫшы щи использовании формул, основанных не едекграяшс^ суммировании воздййанщй*.

9. Снизить высокочастотные крутильные колебани^ в Ьришде^ро-тационной' лочвообрабатываидей машины можно рациональным: выбором кинематической схемы привода и общей компановки машины . -Дяя ротационного дкгга БР-2.7. например,

ного коническо-цилиндрического редуктора (без трансмиссионных валов) позволяет стабилизировать динамическую составляющую момента. Предложенные рекомендации по усовершенствованию конструкции привода плута с активяа.'и рабочим типа ДР-2,7 позволяет повысить наде;к-. ность привода.

0СН0ВКЫЗ ПОЛОШШ ДИССЕРТАЦИИ ОПУЕЕКОВАШ В МЭДУЩ2 РАБОТАХ

1. Исследование областей устойчивости при крутильных колебаниях некоторых приводов сельскохозяйственных масин. // динамика, . прочность и надежность сельскохозяйственных машин: Бежвузовскии сборник. РЙИК, Ростов-на-Дону, 1991, с 58-60. (соавтор Грозен Л..М.).

2. Вопроса механики резания почвы ротационным рабочим органом. // Ыеханика деформируемых тел: Пеявузовский сборник, РИСХГЛ-, Ростов-на-Дону, 1993, стр. 76-78 (соавторы Грошев 1-М., ьайстренко В.П.).

3. О выборе оптимальной конструкции привода фрез ротационного плута. ¡// Эксплуатационная нагруяенность и прочность сельскохозяйственных машин: Пегзузовскпй сборник, ДГТУ, Ростов-на-Дону, 1593, (■ зторы Гропев Л.М., Паистренко В.И.) (в печати).

4. Анализ сал резания при работе дисковых фрез с различными типами ножей. // Эксплуатационная нагрукенность и прочность сельскохозяйственных маипн: Межвузовский сборник, ДГТ7, Ростов-на-Дону, 1993. (В печАти).