CC BY
22
УДК 631.353.722:621.9.02
ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ МОДЕРНИЗИРОВАННЫХ МНОГОРОТОРНЫХ КОСИЛОК Е. И. МАЖУГИН, А. Л. БОРИСОВ
УО «Белорусская государственная орденов Октябрьской Революции и Трудового Красного Знамени сельскохозяйственная академия», г. Горки, Могилевская область, Беларусь, 213407,barys83@mail.ru (Поступила в редакцию 15.03.2016)
Для очистки масла в режущем аппарате многороторной мелиоративной косилки от частиц механических примесей, с целью снижения скорости изнашивания зубьев шестерен и повышения надежности самого режущего аппарата, предлагается использовать шестерню, в полости которой закреплена цилиндрическая вставка. В статье приводятся методика и результаты производственных испытаний многороторных косилок К-78М и АС-1, режущие аппараты которых были оснащены шестерней, в полости которой закреплена цилиндрическая вставка. Приведена формула для расчета скорости изнашивания зубьев шестерен режущего аппарата многороторных мелиоративных косилок, а также представлена формула для определения времени работы косилки до планируемой замены комплекта шестерен. Производственные испытания показали, что применение в режущих аппаратах многороторных косилок центробежной очистки масла приводит к снижению в нем концентрации механических примесей, а также снижению скорости изнашивания зубьев шестерен. Определен годовой экономический эффект от применения роторной косилки, режущий аппарат которой оснащен шестерней, в полости которой закреплена цилиндрическая вставка.
Ключевые слова: режущий аппарат, многороторная косилка, центробежная очистка, шестерня.
To clean the oil in a cutting machine of multi-rotor reclamation mower from particles of mechanical impurities, in order to reduce the rate of wear of gear teeth and improve the reliability of the cutting system, we suggest using the gear, in the cavity of which a cylindrical insert is fixed. The article presents the methodology and results ofproduction tests of multi-rotor mowers K-78M and AC-1, the cutting machines of which were equipped with a gear, in the cavity of which a cylindrical insert is fixed. We have presented a formula for calculating the rate of wear of gear teeth of cutterbar of multi-rotor reclamation mowers, as well as presented a formula for determining the time of the mower work before the planned replacement of a set of gears. Production tests have shown that the use of centrifugal oil cleaning in cutting devices of multi-rotor mowers results in the reduction of mechanical impurities in it, as well as in the reduction of gear tooth wear rate. We have determined annual economic effect from the use of a rotary mower, the cutting unit of which is equipped with a gear, in the cavity of which a cylindrical insert is fixed.
Keywords: cutting machine, multi-rotor mower, centrifugal cleaning, gear.
Введение
В режущих аппаратах мелиоративных многороторных косилок наибольшее распространение получил привод роторов, осуществляемый посредством шестерен [1]. Для смазывания зубчатых передач с целью снижения износа трущихся поверхностей, уменьшения затрат энергии на преодоление трения, отвода тепла от деталей и предохранения их от коррозии, применяются различные смазывающие жидкости и пластичные смазки. В режущих аппаратах мелиоративных многороторных косилок для смазывания шестерен применяется смесь трансмиссионного масла ТЭп-15 и смазки общего назначения солидол Ж в равных долях [2, 3].
Во время работы косилки в масле накапливаются частицы механических примесей. Как правило, это продукты изнашивания трущихся деталей привода. Переходя в объем масла, частицы механических примесей резко повышают интенсивность изнашивания деталей. Поэтому очистка масла повышает срок службы деталей привода. Для очистки масла в режущем аппарате многороторной мелиоративной косилки от частиц механических примесей с целью снижения скорости изнашивания зубьев шестерен и повышения надежности самого режущего аппарата, авторами предлагается запатентованная конструкция [4-7], которая представляет собой шестерню, в полости которой закреплена цилиндрическая вставка. Проведены теоретические исследования по определению параметров конструкции. Для подтверждения теоретических предпосылок об эффективности использования многороторных косилок, режущие аппараты которых оснащены шестерней, в полости которой закреплена цилиндрическая вставка, необходимо провести испытания в производственных условиях.
На основании проведенных теоретических исследований была изготовлена лабораторная установка для исследования процесса центробежной очистки масла [8], позволяющая в необходимых пределах изменять такие параметры шестерни, в полости которой закреплена цилиндрическая вставка, как ширина щели для выхода масла, диаметр отверстий для входа масла, угол наклона отверстий для входа масла. Основным показателем, по которому оценивался процесс центробежной очистки масла, является значение концентрации механических примесей в масле. От концентрации механических примесей в маслезависит износ зубьев шестерен режущего аппарата косилки.
В результате реализации экспериментальных исследований [8], включающих в себя отсеивающие опыты, крутое восхождение и описание почти стационарной области, получены математическая модель и уравнение регрессии, описывающие зависимость концентрации механических примесей в масле от ширины щели для выхода масла, диаметра отверстий для входа масла и угла наклона отверстий для входа масла. В результате анализа полученной модели установлено, что оптимальное значение параметра оптимизации процесса центробежной очистки масла будет достигнуто при следующих значениях исследуемых факторов: ширина щели для выхода масла 59,8 мм, диаметр отверстий для входа масла 11,05 мм и угол наклона отверстий для входа масла 45,7 °. После определения рациональных значений параметров режущего аппарата косилки, оснащенного шестерней, в полости которой закреплена цилиндрическая вставка, проводили его испытание в производственных условиях.
Основная часть
Для реализации результатов теоретических и лабораторных исследований были проведены производственные испытания многороторных мелиоративных косилок, в режущих аппаратах которых на привод
крайнего ротора устанавливалась шестерня, в полости которой была закреплена цилиндрическая вставка. Испытания проводились на базе ОАО «ПМК-87 Водстрой» Могилевской области и ОАО «ПМК-93 Вод-строй» г. Могилева. Испытания проводились на косилках АС-1 и К-78М в агрегате с трактором Беларус-82.1. Во время проведения производственных испытаний производилось скашивание растительности на мелиоративных каналах и придорожных полосах с участками, заросшими сорной травянистой и древес-но-кустарниковой растительностью. Режущие аппараты взятых под наблюдение косилок были оснащены шестернями, которые до проведения опытов в эксплуатации не находились. Предварительно все шестерни в режущих аппаратах были пронумерованы, а также упорядоченным методом замерены толщины трех зубьев у всех шестерен. Зуб, относительно которого шел отсчет при замере толщины зубьев шестерен, с торца был помечен тонким пропилом. Толщину замеряли у зубьев под номером 1, номером 14 и номером 28, отсчитывая от помеченного зуба по часовой стрелке. Увеличение числа контролируемых зубьев, значительно усложняло бы проведение исследований и обработку полученной информации, а снижение числа контролируемых зубьев могло бы повлиять на достоверность полученной информации. В режущие аппараты косилок была заложена свежая смазка согласно рекомендациям [2, 3]. Для сравнения брались многороторные косилки одной марки, режущие аппараты которых были оснащены полностью серийными шестернями и, кроме серийно изготовленных шестерен, дополнялись, на привод крайнего ротора, шестерней, в полости которой была закреплена цилиндрическая вставка.
Эффективность применения центробежной очистки масла в режущем аппарате косилки определялась путем сравнения концентрации механических примесей в смазке режущих аппаратов наблюдаемых косилок до проведения и после проведения испытаний. Для этого были взяты пробы смазки из режущих аппаратов косилок до начала и после окончания проведения опытов. После чего пробы смазки подвергались исследованию согласно методике, изложенной в [9].
Скорость изнашивания зубьев шестерен режущего аппарата многороторных мелиоративных косилок определяли по разнице толщины зубьев шестерен испытуемых косилок до проведения и после проведения испытаний за количество отработанных смен косилкой по формуле:
у* - ^, С1)
Псм
где Ууз - скорость изнашивания шестерен, мм/смену; S0 - толщины зуба шестерни до проведения испытания, мм; Sj - толщины зуба шестерни после проведения испытания, мм; псм - наработка косилки, смен.
Замеры проводили прямым методом [10] при помощи штангензубомера с нониусами ШЗН-18 ТУ 2-034-773-2004 с ценой деления, значения отсчета по нониусу 0,02 мм и диапазоном модулей измеряемых зубчатых колес от 1 мм до 18 мм, и в соответствии с методикой, изложенной в [11, 12].
Для определения времени работы косилки до планируемой замены комплекта шестерен, воспользуемся следующей формулой:
rp S max S min
Т рз —
Уиз , (2)
где ТРЗ - время работы косилки до планируемой замены комплекта шестерен, смен; Smax - максимальное значение толщины зуба шестерни, мм; Smin - выбраковочное значение толщины зуба шестерни, мм.
В результате проведенных производственных испытаний были произведены замеры толщины зубьев шестерен, а также определена концентрация механических примесей в смазке режущих аппаратов наблюдаемых косилок до проведения и после проведения испытаний. Основные результаты производственных испытаний серийных и модернизированных косилок представлены в табл. 1.
Таблица 1. Основные результаты производственных испытаний серийных и модернизированных косилок
Показатели Наименование организации
ОАО «ПМК-87 Водстрой» ОАО «ПМК-93 Водстрой»
Марка косилки АС-1 АС-1 К-78М К-78М АС-1 АС-1
Тип косилки серииная модерниз. серийная модерниз. серийная модерниз.
Количество обслуживающего персонала одной косилки, чел. 1 1 1 1 1 1
Число шестерен в режущем аппарате, шт. 10 10 7 7 10 10
Частота вращения роторов, мин.-1 2000 2000 1800 1800 2000 2000
Среднее значение толщины зуба шестерни, мм:
до испытания 6,28 6,28 6,28 6,28 6,28 6,28
после испытания 6,116 6,2 6,112 6,195 6,121 6,2
Концентрация механических примесей в масле режущего аппарата косилки, % 1,132 0,582 0,868 0,489 1,135 0,588
Наработка косилки за сезон, смен 120 122 126 130 128 132
Из приведенных данных следует, что концентрация механических примесей в масле режущих аппаратов, при отсутствии центробежной очистки масла, довольно существенная и составляет 1,1321,135 % для косилок марок АС-1 и 0,868 % для косилки марки К-78М.
При применении центробежной очистки масла в режущих аппаратах многороторных косилок концентрация механических примесей в масле составила 0,582-0,588 % для косилок марок АС-1, т. е. снизилась на 48,6-48,2 %, а для косилки марки К-78М концентрация механических примесей в масле составила 0,489 %, т. е. снизилась на 43,7 %. Концентрация механических примесей в масле режущих аппаратов косилок определялась согласно методике, изложенной в [9]. Значительное снижение концентрации механических примесей свидетельствует о достаточно высокой степени очистки масла. Применив формулу (1) к результатам исследований, полученных для косилок марки К-78М, можно
сделать вывод, что скорость изнашивания зубьев шестерен режущего аппарата косилки с установленными полностью серийными шестернями составит 1,33 10-3 мм/смену, а в режущем аппарате, на привод крайнего ротора которого устанавливалась шестерня, в полости которой была закреплена цилиндрическая вставка, 0,65 10-3 мм/смену. Следовательно, применение центробежной очистки масла в режущем аппарате многороторной косилки марки К-78М даст снижение скорости изнашивания зубьев шестерен в 2,05 раза. В режущих аппаратах косилок марки АС-1 применение центробежной очистки масла даст снижение скорости изнашивания зубьев шестерен от 2,03 до 2,11 раза.
Так, воспользовавшись формулой (2) и приняв максимальное значение толщины зуба шестерни, равное 6,28 мм, а выбраковочную толщину зуба шестерни, равной 5,98 мм [13], то для косилки К-78М, в режущем аппарате которого были установлены полностью серийные шестерни, время работы до планируемой замены комплекта шестерен составит 225,6 смен. Тогда как для косилки К-78М, в режущем аппарате которой на привод крайнего ротора устанавливалась шестерня, в полости которой была закреплена цилиндрическая вставка, время работы до планируемой замены комплекта шестерен будет равняться 458,8 смен. Проведенные производственные испытания позволили дать необходимые данные для определения экономической эффективности применения очистки масла в режущем аппарате многороторных косилок. Определение экономической эффективности применения шестерни, в полости которой закреплена цилиндрическая вставка, выполнено в соответствии с общепринятой методикой определения экономической эффективности использования новой техники, результатов научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, изобретений и рационализаторских предложений в сельском хозяйстве [14, 15]. Годовой экономический эффект от применения шестерни, в полости которой закреплена цилиндрическая вставка, в режущем аппарате многороторной косилки рассчитывался по следующей формуле:
Э = Зсер.год - Змодерниз.год, (3)
где Э - годовой экономический эффект от применения разработки, руб . ; З СЕ Р . Г 0Д - затр аты на э кс-плуатацию многороторной косилки (АС-1, К-78М) с серийным режущим аппаратом за год, руб.; Змо-дерниз.год - затраты на эксплуатацию многороторной косилки (АС-1, К-78М) с модернизированным режущим аппаратом (АС-1, К-78М) за год, руб.
Внедрение конструкторской разработки позволит получить следующие экономические результаты (табл. 2).
Таблица 2. Основные экономические результаты
Наименование показателей Варианты
АС-1 (модернизированная) К-78М (модернизированная)
Затраты на 1 ч работы косилки, руб. 131466 127160
Затраты на 1 смену работы косилки, руб. 1051728 1017280
1 одовой экономический эффект от применения конструкторской разработки, руб. 918600 607080
Заключение
Полученные данные показывают, что шестерня, в полости которой закреплена цилиндрическая вставка, обеспечивает высокое качество очистки масла. При этом концентрация механических примесей в масле для косилок марок АС-1 снизилась на 48,6...48,2 %, а для косилки марки К-78М концентрация механических примесей в масле снизилась на 43,7 %.
Годовой экономический эффект от применения шестерни, в полости которой закреплена цилиндрическая вставка, в режущем аппарате многороторной косилки АС-1 составляет 918600 рублей, а в режущем аппарате многороторной косилки К-78М - 607080 рублей в масштабе цен 4 квартала 2015 г.
ЛИТЕРАТУРА
1. Борисов, А. Л. Анализ конструкций приводов роторов мелиоративных и дорожных косилок / А. Л. Борисов // Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии. - Могилев, 2011. - Ч. 2. - С. 5.
2. Косилка откосов каналов К-78М. Руководство по эксплуатации. - Минск. 2008. - 44 с.
3. Косилка ротационная навесная АС-1. Руководство по эксплуатации. - Минск. 2007. - 38 с.
4. Режущий аппарат роторной косилки: пат. 6876 Респ. Беларусь, МПК A01D 34/00 / Е. И. Мажугин, А. Л. Борисов, С. Г. Рубец // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр штэлектуал. уласнасщ. - 2010. - №.6. - С. 145.
5. Режущий аппарат роторной косилки: пат. 8949 Респ. Беларусь, МПК A01D 34/00 / Е. И. Мажугин, А. Л. Борисов, С. Г. Рубец // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр штэлектуал. уласнасщ. - 2013. - №.1. - С. 145.
6. Режущий аппарат роторной косилки: пат. 8102 Респ. Беларусь, МПК A01D 34/00 / Е. И. Мажугин, А. Л. Борисов, С. Г. Рубец // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр штэлектуал. уласнасщ. - 2012. - №.2. - С. 195.
7. Режущий аппарат роторной косилки: пат. 9734 Респ. Беларусь, МПК A01D 34/00 / Е. И. Мажугин, А. Л. Борисов, С. Г. Рубец, А. В. Пашкевич // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр штэлектуал. уласнасщ. - 2013. - №.6. - С. 165.
8. Мажугин, Е. И. Результаты лабораторных исследований процесса центробежной очистки масла в режущем аппарате многороторной косилки / Е. И. Мажугин, А. Л. Борисов, А. В Пашкевич // Вестник БГСХА. - 2016. - №1. - С. 93-97.
9. Мажугин, Е. И. Определение концентрации и дисперсионного состава механических примесей в масле редукторов мелиоративных многороторных косилок / Е. И. Мажугин, А. Л. Борисов // Вестник БГСХА. - 2013. - №1. - С. 110-115.
10. Борисов, А. Л. Методы определения величины износа элементов зубчатых передач / А. Л. Борисов // Актуальные проблемы механизации мелиоративного и водохозяйственного строительства. - Горки, 2013. - С. 78-83.
11. Марков, А. Л. Измерение зубчатых колес (допуски, методы и средства контроля) / А. Л. Марков. - Л.: Машиностроение, 1977. - 280 с.
12. Якушев, А. И. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения / А. И. Якушев. - М., 1986. - 352 с.
13. Основные нормы взаимозаменяемости. Передачи зубчатые цилиндрические. Допуски: ГОСТ 1643-81. - Введ. 21.04.1981. - М.: Изд-во стандартов, 1981. - 75 с.
14. Методика определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. - М., 1981. - 43 с.
15. Методика экономической оценки сельскохозяйственной техники. - М.: Колос, 1979. - 399 с.
