CC BY
21
Stefanovsky Alexey Borisovich, candidate of technical sciences, docent, agureev-igor@yandex. ru, Ukraine, Melitopol, Tavriya State Agritechnical University
УДК 631.316.2; 631.316.6
АНАЛИЗ КОНСТРУКТИВНЫХ СХЕМ КВАЗИМЕХАНИЗМОВ В РАБОЧИХ ОРГАНАХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН
С.Л. Заярный, И.О. Лесовский
Приведены результаты анализа конструктивных схем квазимеханизмов в рабочих органах сельскохозяйственных машин. Предложена схема почвообрабатывающего агрегата с установкой рабочими органами на гибких стойках в виде трубчатых пружин.
Ключевые слова: культиваторы, квазимеханизмы, вибрационный механизм, трубчатая пружина, сельскохозяйственные машины.
В настоящее время проблеме энергосбережения при обработке почвы уделяется достаточно внимания [1]. При этом в качестве главного параметра, определяющего уровень энергосбережения, рассматривается тяговое сопротивление почвообрабатывающих орудий. В статье произведён анализ патентов и литературы по данной тематике, который свидетельствует о большом разнообразии конструкционных решений, реализация которых направлена на снижение тягового усилия, необходимого для перемещения почвообрабатывающего орудия. Среди этих решений особое внимание уделяется проблеме применения вибрации при обработке почвы [2].
Тяговое усилие, необходимое для перемещения почвообрабатывающего орудия, определяется условиями его физико-механического взаимодействия с почвой. В случае реализации вибрационного взаимодействия почвообрабатывающего орудия с почвой, уровень тягового усилия может быть существенно снижен. Для реализации такого взаимодействия могут быть рассмотрены два подхода. В первом случае вибрационное взаимодействие реализуется в форме автоколебательного процесса, обусловленного взаимодействием элементов почвообрабатывающего орудия и почвы. Во втором случае вибрационное взаимодействие обеспечивается специальной системой принудительного вибровозбуждения. Реализации этих подходов обладают различной вариативностью. Первый поход обладает меньшей вариативностью и обеспечивается в основном за счет механических параметров системы, что не позволяет при изменении глубины обработки почвы добиться оптимизации уровня тягового сопротивления без изменения характерных параметров механической системы. Второй подход обладает большей вариативностью, так как позволяет менять параметры вибрационного взаимодействия.
Реализация первого подхода может быть обеспечена в случае установки рабочих органов на упругих стойках, это позволит снизить тяговое сопротивление на 25...35 %, в сравнении с жесткими стойками. Однако упругие стойки эффективно работают только при определенной глубине погружения рабочих органов, а в случае существенного изменения этого параметра требуется изменение характерных параметров упругой стойки.
Поэтому при определении параметров упругой стойки необходимо ориентироваться на некоторые усредненные значения глубины обработки. Возрастание уровней дисперсий частот и амплитуд колебаний снижает уровень показателей эффективности работы культиватора.
Способы реализации второго подхода достаточно разнообразны. Так, на рис. 1 представлена схема вибрационного механизма с механическим приводом [3]. Исполнительным механизмом в этом случае является кулачковый толкатель, недостатком которого является повышенный износ сопряженных элементов. Несомненным преимуществом такой схемы является ее простота. Соотношение цены и качества в этом случае не является очевидным. Изменение частоты вибровозбуждения рабочего органа может быть обеспечено регулированием частоты вращения кулачкового толкателя. Это несомненно повысит эффективность рассматриваемой схемы вибрационного механизма.
Рис. 1. Механический вибропривод рабочего органа почвообрабатывающей машины [3]
Пример вибрационного механизма с гидравлическим приводом [4] (ВИМ), разработанного ГНУ ВНИИ механизации сельского хозяйства РАСХН, представлен на рис. 2. В предложенном техническом решении
53
приводной гидроцилиндр непосредственно воздействует на рабочий орган вибрационного плуга, а частота и интенсивность его вибровоздействия определяется расходом рабочей жидкости, проходящей через золотниковый распределитель. Обратная механическая связь между ним и штоком приводного цилиндра обеспечивает автоматическое настраивание системы. Некоторое усложнение системы управления вибрационным приводом компенсируется повышением его эффективности.
Рис. 2. Гидравлический вибрационный плуг по разработке ВИМ [4]: 1 - вибратор; 2, 4 - дроссель; 3 - гидромотор; 5 - насос;
6 - рабочий орган; 7 - шток; 8 - гидроцилиндр
На рис. 3 представлена схема устройства по регулированию вибрационных рабочих органов почвообрабатывающей машины [5]. Это устройство также, как и устройство, схема которого представлена на рис. 2, имеет гидравлический привод, однако отличается более сложной системой управления. Рассматриваемая система управления гидравлическим вибрационным плугом имеет электрическую обратную связь, а блок управления обеспечивает формирование частоты и амплитуды его вибровоздействия. Для контроля рабочего усилия и параметров вибрационного процесса используются датчики давления.
6
1
Рис. 3. Устройство по регулированию параметров колебаний вибрационных рабочих органов почвообрабатывающих машин [5]: 1, 3 - насосы; 2, 4 - регулирующие устройства; 5 - датчики давления; 6 - рабочий орган; 7 - датчик перемещения штока; 8 - гидроцилиндр;
9 - вибратор; 10 - датчик частоты вращения
На рис. 4 представлен вибрационный механизм с гидравлическим приводом, реализованный на примере лесного дискового культиватора [6]. В рассматриваемой схеме отсутствует автоматическая система управления, а регулирование амплитуды колебаний рабочего органа осуществляется оператором с помощью управляющего вентиля. Соотношение цены и качества в этом случае также не является очевидным.
Наиболее очевидной конструктивной реализацией первого подхода является установка рабочих органов почвообрабатывающего агрегата на упругих стойках. При этом тяговое сопротивление уменьшается на 25...35 % по сравнению с жесткими стойками. Вибрационное взаимодействие при этом представляет апериодический колебательный процесс с частотой первого тона собственных колебаний рабочих органов почвообрабатывающего агрегата (рис. 5). Эффективность такого вибрационного взаимодействия может быть повышена за счёт наложения тонов более высокой частоты. Здесь С-образные упругие стойки рабочего органа выполнены в виде трубчатых пружин, объединенных в два блока почвобрабатывающих
агрегатов. Пульсация давления рабочей жидкости в полостях трубчатых пружин обеспечивается вибровозбудителем, выполненным в виде блоков шестеренчатых насосов. В части секторально-расположенных зубьев шестерен каждого из насосов выполнены каналы. При этом в пределах одной шестерни эти сектора обладают циклической симметрией, а взаимное расположение секторов шестерен каждого насоса выполнено симметрично. Таким образом, при вращении приводного вала вибровозбудителя для каждого из насосов чередуются фазы нагнетания и слива. Фаза нагнетания соответствует сопряжению секторов с «полными зубьями», фаза слива соответствует сопряжению секторов с «неполными зубьями». Взаимное расположение шестерен насосов гидравлического вибровозбудителя выполнено таким образом, что при равномерном вращении его приводного вала обеспечивается асимметричное сочетание их фаз.
2 3
Рис. 4. Лесной дисковый культиватор [6]: 1 - гидропульсатор; 2 - вентиль; 3 - трубопровод; 4 - гидроцилиндр;
5 - грядиль; 6 - пружина; 7 - рабочий орган
Представленный вариант почвообрабатывающего агрегата (рис. 5) имеет замкнутую гидросистему, в которой насосы гидравлическим вибровозбудителем обеспечивают перетекание рабочей жидкости из одного блока трубчатых пружин в другой. При этом в трубчатых пружинах создается пульсирующее давление, которое вызывает их деформацию и возбуждает колебания, передаваемые закрепленным на них рыхлительным лапам. Регулирование частоты пульсирующего давления обеспечивается изменени-
56
ем частоты вращения вала вибропульсатора. При этом эффективная частота вибровозбуждения высокой гармоники может определяться по условию минимизации тягового сопротивления агрегата.
Рис. 5. Почвообрабатывающий агрегат с гибкими рабочими органами: 1 - насос; 2, 3 - дроссель; 4,10 - трубчатая пружина; 5, 9 - вентиль;
6, 8 - шестеренный насос; 7 - напорная магистраль
Преимуществом рассмотренного гидравлического импульсного почвообрабатывающего агрегата является его компактность и возможность работать в условиях значительного загрязнения и при абразивной среде.
Применение всех известных схем дебалансных вибраторов ограничивается их размерами, наличием значительного количества подвижных частей и элементов привода.
Список литературы
1. Мяло В.В., Мазуров В.В. Энергосберегающие технологии при обработке почвы // Вестник ОмГАУ. 2016. №3 (23). С. 242 - 246.
2. Верняев О.В. Активные рабочие органы культиваторов. М.: Машиностроение. 1983. 80 с.
3. Механический вибропривод рабочего органа почвообрабатывающих машин: A.c. СССР №. 1754995 / 30 - 15; заявл. 03.03.1972; опубл. 25.02.14. Бюл. № 7 / Бутанавичус П.И.
4. Дубровский А. А. Вибрационная техника в сельском хозяйстве. М.: Машиностроение. 1968. 204 с.
5. Патент РФ № 2231241 A01B35/32 (RU). Способ регулирования параметров колебаний вибрационных рабочих органов и устройство для его осуществления / В.Л. Богданович, Г.Г. Пархоменко, В.Б. Рыков, В.Н. Щиров. Опубл. 27.09.2004. Бюл. № 27.
6. Патент РФ № 2407260 A01B61/04 (RU). Почвообрабатывающее орудие / В.И. Посметьев, С. Л. Тимофеевич, В. А. Зеликов, Е.В. Снятков, А.В. Лиференко. Опубл. 27.12.2010. Бюл. № 36.
Заярный Сергей Леонидович, канд. техн, наук, доц., texnakon@yandex.ru, Россия, Калуга, Калужский филиал Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет),
Лесовский Игорь Олегович, студент, igor@lesovsky. ru, Россия, Калуга, Калужский филиал Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)
ANALYSIS OF THE DESIGN SCHEMES QUASI MECHANISMS WORKING ORGANS
OF AGRICULTURAL MACHINERY
S.L. Zayarny, I.O. Lesovsky
The results of analysis of constructive schemes of quasi-mechanisms in the working bodies of agricultural machines. А scheme of a soil-cultivating unit with the installation of devices on flexible struts in the form of tubular springs is proposed.
Key words: cultivators, quasi mechanisms vibrating mechanism, tubular spring, agricultural machinery.
Zayarny Sergey Leonidovich, candidate of technical sciences, docent, texna-kon@yandex. ru, Russia, Kaluga, Kaluga Branch of the Bauman Moscow State Technical University,
Lesovsky Igor Olegovich, student, igor@lesovsky. ru, Russia, Kaluga, Kaluga Branch of the Bauman Moscow State Technical University
