CC BY
18
УДК 629.114.2-182.8
АНАЛИЗ РАБОТЫ ПОДЪЕМНО-НАВЕСНЫХ УСТРОЙСТВ УНИВЕРСАЛЬНОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО СРЕДСТВА УЭС-2-280А И ТРАКТОРА «БЕЛАРУС 2422», АГРЕГАТИРУЕМЫХ С КОСИЛКОЙ-ПЛЮЩИЛКОЙ РОТАЦИОННОЙ КПР-9
В. Б. ПОПОВ
Учреждение образования «Гомельский государственный технический университет имени П. О. Сухого», Республика Беларусь
Ключевые слова: подъемно-навесное устройство, механизм навески, передаточное число, грузоподъемность, управляемость.
Введение
Косилка-плющилка ротационная КПР-9 [1] предназначена для скашивания трав в валки и посредством подъемно-навесного устройства (ПНУ) обычно агрегатирует-ся с универсальными энергетическими средствами, главным образом с УЭС-2-280А или УЭС-2-250А. Использование в качестве мобильных энергоносителей для КПР-9 только УЭС существенно ограничивает объем их реализации как в нашей стране, так и за рубежом, а также возможность замены в хозяйстве одного мобильного энергоносителя другим с соответствующим ПНУ.
Цель работы - анализ процесса перевода задними подъемно-навесными устройствами (рис. 1, а) УЭС-2-280А [2] и «БЕЛАРУС 2422» [3] косилки-плющилки ротационной КПР-9 в транспортное положение, определение и сравнение выходных параметров ПНУ и управляемости машинно-тракторного агрегата (МТА), включающего КПР-9.
а) б)
Рис. 1. Подъемно-навесное устройство мобильного энергосредства (а) и плоский аналог
кинематической цепи, включающей механизм навески и навесную машину (б): 1 - тяга верхняя; 2 - рычаг поворотный; 3 - гидроцилиндр; 4 - тяга нижняя; 5 - раскос
Основная часть
Характер связи мобильного энергетического средства (МЭС) с КПР-9 определяется параметрами его ПНУ и массово-геометрическими параметрами КПР-9. ПНУ МЭС состоит из механизма навески (МН) и гидропривода, причем МН - основная составляющая ПНУ, определяющая характер взаимодействия МЭС с навесной машиной (НМ). МН - пространственный шарнирно-рычажный механизм (рис. 1, а), закрепленный на раме МЭС. Тяги МН связаны с НМ (в данном случае КПР-9) через присоединительный треугольник, образуемый шарнирами его верхней и нижних тяг.
Расчет выходных параметров МН проводится на базе его плоского аналога, полученного из пространственной геометрической модели проецированием центров шарниров МН на его продольную плоскость симметрии. В результате имеем одно-подвижный восьмизвенный шарнирно-рычажный механизм (рис. 1, б), изменение обобщенной координаты которого (AS) однозначно связано с положением его выходного звена (L6) - Афб, AY56.
Геометрический анализ замкнутой кинематической цепи выполнен по методу замкнутых векторных контуров [4]. В результате определяются координаты подвижных шарниров МН и характерных точек кинематической цепи. Координаты оси подвеса МН - П 56 определяются по выражениям:
X56(S) = X05 + L56 • cosф5^); Y56ÍS) = Y05 + ^ • sinф^Х (1)
где X05, Y05 - координаты неподвижного шарнира П05 на раме УЭС; ф5 - угол, образуемый аналогом нижней тяги в правой декартовой системе координат.
Координаты характерной точки - центра тяжести КПР-9 - определяются в соответствии с выражениями:
Xs6 (S) = X56 (S) + LS6 • cosfo (S) + фs6 ]; (2)
Y6(S) = Y56 (S) + Ls6 • sin^(S) + фs6 ], (3)
где LS 6 и 6 - характеристики вектора, проведенного от оси подвеса в центр тяжести косилки-плющилки ротационной.
Процедура кинематического анализа формируется путем дифференцирования по независимой переменной (t) уравнений, описывающих соответствующие замкнутые векторные контуры. Определение аналогов угловых скоростей звеньев МН проводится в прямом порядке, начиная с подъемного рычага (см. рис. 1, б). Так, дифференцируя по обобщенной координате выражение для угла ф3 (S), получим аналог угловой скорости подъемного рычага:
ф3^) = % = I г2S ]2. (4)
dS V4L23L3-IS2-(L23+L3)]2
Передаточные отношения U53(S) и U65(S), связывающие между собой угловые скорости (или аналоги этих скоростей) звеньев L56 и L3, а также L56 и L6, определяются в результате последовательного кинематического анализа замкнутых контуров П 03П34П 45П 05 и П 07П 67 П56П 05 (рис. 1, б):
U (S) = dФ5(S) = L34 • sinГФз4(S) Ф4(S)] . (5)
53 dФз(S) L5 • sinfe(S) Ф4(S )] '
и ) = ) = Ь56 • 51п[ф5(^) -ф7(£)] (6)
65 ^Ф5(^) Ь6 • в1п[ф7(^)-Фб(^)]
Для данной структурной схемы МН справедливы следующие соотношения:
Ф5 (5) = фЗ (^ Ц (5); и 63 (5) = и53 (5 )и65 (5); ф6 (5) = ФЗ (5 )ибЪ (5), (7)
где ф5(5), ф6(5) - аналоги угловых скоростей звеньев Ь56, Ь6; и63(5) - передаточное отношение, связывающее угловые скорости подъемного рычага и выходного звена кинематической цепи - КПР-9.
Передаточное число МН представляет собой аналог вертикальной скорости центра тяжести КПР-9 [5], зависящий от внутренних параметров МН и НМ:
I, (5) = ф3и53 [Ь 56 • СОБ ф5 + и656 • соб(Ф6 +ф5 6)]. (8)
!т(55) 1з(5)
0,55
0.6
0,65
0.7 Я
0,75
0,8
0,85
Рис. 2. Передаточные числа на оси подвеса механизма навески и в центре тяжести КПР-9 для подъемно-навесного устройства УЭС-2-280А (I™ = 2,305, I™ = 3,415)
!т(5)
ОД
0,775
Рис. 3. Передаточные числа на оси подвеса механизма навески и в центре тяжести КПР-9 для подъемно-навесного устройства «БЕЛАРУС 2422» (!™х = 2,930, I"" = 4,09))
В соответствии с существующей практикой проектирования установлены два выходных кинематических параметра МН - передаточные числа на оси подвеса 1т (8) и в центре тяжести КПР-9 18 (8). Передаточное число МН на оси подвеса определяется в предположении, что там находится центр тяжести навесной машины и оно равно первому слагаемому в выражении (8).
Формализация описания силового анализа замкнутой кинематической цепи состоит в определении сил, действующих в шарнирах звеньев, и выполняется по группам Ассура в обратном порядке, по известной методике [4]. При этом не учитываются вес звеньев МН и возникающие в процессе движения звеньев МН силы инерции.
Полезная нагрузка на гидроцилиндре (ГЦ) пропорциональна основному передаточному числу механизма навески I (8):
Г (8) = Р615 (8), (9)
где Р6 - вес КПР-9.
Максимальная движущая сила, развиваемая на штоке ГЦ для преодоления приведенной к ГЦ нагрузки, определяется по выражению:
ГТ = РТ Г, (10)
где Гс - площадь поршня ГЦ; рШах - максимальное давление в ГЦ, ограниченное
настройкой предохранительного клапана и потерями давления в напорной и сливной гидромагистралях.
Аналитические выражения для грузоподъемности ПНУ на оси подвеса и в центре тяжести НМ имеют вид [6]:
«шах р „шах Тч
^ _ Р шт с I . С — Р шт с I (11)
т тах 8 тах
1т
где ^ - коэффициент полезного действия МН.
Грузоподъемность ПНУ МЭС - это интегральный показатель качества, зависящий одновременно от параметров его гидропривода и МН, а также от массово-геометрических характеристик НМ (КПР-9). Следует также отметить, что основное передаточное число МН 18 увеличивается по мере подъема НМ, а его максимальное значение ограничивает вес НМ, который можно перевести при помощи ПНУ в транспортное положение. Соотношение максимумов 1Шах в пользу передаточного
числа МН УЭС, поскольку оно на 14,91 % меньше, что обеспечивает меньшую энергоемкость перевода КПР-9 в транспортное положение.
Результаты расчета выходных параметров ПНУ. Результаты расчета выходных параметров ПНУ УЭС-2-280А и «БЕЛАРУС 2422», агрегатируемых с КПР-9, выполнены при помощи функциональной математической модели (ФММ) и представлены в табл. 1 и 2.
Грузоподъемность ПНУ МЭС рассчитывалась по выражениям (11) на оси подвеса От и в характерной точке - в центре тяжести КПР-9. Для УЭС-2-280А расчет показал (табл. 1), что грузоподъемность его ПНУ на оси подвеса составила От = 77,55 кН, а на расстоянии 1,05 м от оси подвеса соответственно С8 = 48,60 кН (запас грузоподъемности AGS — 24,6 %). Для «БЕЛАРУС 2422» расчет показал (табл. 2), что грузоподъем-
ность его ПНУ на оси подвеса составила Gm = 63,75 кН, а на расстоянии 1,05 м от оси подвеса соответственно С 5 = 45,23 кН (запас грузоподъемности AGS = 15,97 %).
Это позволяет сделать заключение о возможности перевода КПР-9 из рабочего в транспортное положение, т. е. об энергетической обеспеченности агрегатирования с ней как УЭС-2-280А, так и «БЕЛАРУС 2422».
Таблица 1
Основные выходные параметры подъемно-навесного устройства УЭС-2-280А
£ Г» Фб Фз' Цз Ргц
[м] [м] [град] [1/м] Н" [кН] [кН] [кН] [МПа]
0,571 - - - - - - -
0,596 0,455 89,312 4,844 0,120 115,762 81,19 61,083 12,131
0,621 0,511 90,173 4,425 0,140 119,376 79,506 59,234 12,51
0,646 0,568 91,086 4,175 0,157 122,108 78,658 57,908 12,796
0,671 0,676 92,057 4,023 0,174 124,637 78,164 56,733 13,061
0,696 0,684 93,92 3,935 0,190 127,234 77,864 55,575 13,333
0,721 0,743 94,203 3,896 0,207 130,043 77,698 54,375 13,628
0,746 0,801 95,403 3,896 0,224 133,165 77,647 53,1 13,955
0,771 0,859 96,708 3,932 0,242 136,698 77,711 51,728 14,325
0,796 0,918 98,139 4,003 0,262 140,756 77,897 50,236 14,75
0,821 0,976 99,723 4,112 0,284 145,484 78,216 48,604 15,246
Таблица 2
Основные выходные параметры подъемно-навесного устройства «БЕЛАРУС 2422»
£ Г» Фб Фз' Цб3 6£б Ргц
[м] [м] [град] [1/м] [-]** [кН] [кН] [кН] [МПа]
0,490 * - - - - - -
0,515 0,474 90,093 7,006 -0,029 106,4 62,915 67,805 10,928
0,540 0,547 89,882 6,142 -0,015 109,9 63,448 65,665 11,285
0,565 0,620 89,822 5,709 0,002 113,6 63,788 63,536 11,663
0,590 0,692 89,915 5,491 0,022 117,5 64,053 61,391 12,07
0,615 0,764 90,169 5,409 0,044 121,9 64,331 59,194 12,518
0,640 0,836 90,604 5,431 0,069 126,8 64,695 56,896 13,024
0,665 0,907 91,253 5,550 0,097 132,6 65,211 54,432 13,613
0,690 0,978 92,161 5,773 0,128 139,5 65,951 51,726 14,325
0,715 1,047 93,398 6,130 0,163 148,2 66,995 48,691 15,218
0,740 1,116 95,063 6,686 0,201 159,5 68,439 45,234 16,381
"Подсоединение косилки-плющилки ротационной КПР-9 выполняется, когда высота оси подвеса (Y5б) составляет 0,5 м.
""Безразмерная величина.
Для устойчивого управления движением МТА во время транспортного переезда часть его веса, приходящаяся на мост управляемых колес, должна составлять не менее 20 % ^ > 0,2) от общего веса МТА [7].
Для расчета управляемости МЭС (рис. 4) используем уравнение равновесия моментов сил, действующих на компоненты МТА относительно точки опоры (В) ведущих колес:
2Mв = Pр ^ +Е) + Pyэc¿ - PбX,6 - RAЬ = 0,
где Pгр - вес балласта; PМЭС - вес МЭС; P6 - вес КПР-9; RA - нагрузка, приходящаяся на мост управляемых колес; X86 - горизонтальная координата центра тяжести КПР-9 в транспортном положении; L - база МЭС; a и Ь - расстояние от вертикальной проекции центра тяжести МЭС до вертикальных проекций центра тяжести противовеса и оси моста ведущих колес соответственно.
Рис. 4. Схема сил, действующих на машинно-тракторный агрегат при поднятой навесной машине (КПР-9)
Разрешив уравнение моментов сил относительно реакции на управляемом колесе -RA, получим:
я P>+_L) + Pмэcb -P6Х56
ЯА _-
L
(12)
Результаты расчетов по распределению веса МЭС и МТА на управляемые и ведущие мосты представлены в табл. 3.
Таблица 3
Развесовка МЭС и МТА по управляемому и ведущему мостам, %
МТА КПР-9
МЭС МЭС + КПР-9 в транспортном положении
Реакции на колесах МЭС ЯА ЯВ Я'А Я'в
УЭС-2-280А 45,0 55,0 23,2 76,8
«БЕЛАРУС 2422» 45,0 55,0 20,3 79,7
Расчеты показали, что для МТА на базе УЭС-2-280А k — 0,232, а для МТА -на базе «БЕЛАРУС 2422» k — 0,203. Таким образом, управляемость МТА гарантирована в обоих случаях.
Заключение
Расчетная грузоподъемность на оси подвеса для ПНУ УЭС-2-280А равна 0П1 = 77,65 кН, и можно предположить, что КПР-9 весом в 39 кН, с центром тяжести, расположенным на расстоянии 1,05 м от оси подвеса, будет полностью поднята.
В самом деле, в центре тяжести НМ грузоподъемность составила С5 = 48,60 кН, а запас грузоподъемности соответственно AGS = 24,6 %.
Расчетная грузоподъемность на оси подвеса для ПНУ «БЕЛАРУС 2422» равна Gm = 63,45 кН, в центре тяжести КПР-9 грузоподъемность составила С5 = 45,23 кН,
а запас грузоподъемности соответственно AGS = 15,97 %.
При агрегатировании УЭС-2-280А с косилкой-плющилкой КПР-9 в транспортном положении нагрузка на мосту управляемых колес составляет 20,3 % от общего веса МТА, а при агрегатировании «БЕЛАРУС 2422» с КПР-9 нагрузка на мосту управляемых колес составляет 23,2 % от общего веса МТА.
Одним из условий эффективной эксплуатации КПР-9 во время технологического процесса, выполняемого МТА, является обзорность ее рабочих органов. Заключение об обзорности рабочих органов косилки-плющилки КПР-9 с рабочего места тракториста «БЕЛАРУС 2422» предлагается сделать после дополнительных компоновочных исследований.
В результате можно заключить, что исследование одного из режимов работы ПНУ обоих МЭС при агрегатировании с КПР-9 подтвердило удовлетворение требований по грузоподъемности ПНУ МЭС и управляемости МТА, хотя в случае с ПНУ УЭС-2-280А процесс подъема более экономичный.
Литература
1. Косилка-плющилка ротационная трехсекционная навесная КПР-9 «ПАЛЕССЕ СН90» : рук. по эксплуатации. - Корма : Поликолор, 2005. - 63 с.
2. Средство энергетическое универсальное УЭС-2-280А «ПАЛЕССЕ 2Ш80А» : инструкция по эксплуатации. - Корма, 2012. - 127 с.
3. Проспекты тракторов «БЕЛАРУС». - Минск : Тип. МТЗ, 2013. - 139 с.
4. Артоболевский, И. И. Теория механизмов и машин / И. И. Артоболевский. - М. : Машиностроение, 1988. - 640 с.
5. Попов, В. Б. Аналитические выражения кинематических передаточных функций механизмов навески энергоносителей / В. Б. Попов // Вестн. ГГТУ им. П. О. Сухого. -2000. - № 2. - С. 25-29.
6. Гуськов, В. В. Тракторы. Ч. III. Конструирование и расчет / В. В. Гуськов. - Минск : Выш. шк. 1981. - 383 с.
7. ГОСТ 10677-2001. Устройство навесное заднее сельскохозяйственных тракторов классов 0,6-8. Типы, основные параметры и размеры : межгос. стандарт. - Введ. 2004-01-01. - М. : Гос. ком. стандартизации и метрологии, 2002. - 8 с.
8. ГОСТ 12.2.111-85. Система стандартов безопасности труда : межгос. стандарт. -Введ. 1987-01-01. - М. : Гос. ком. СССР по стандартам, 1987. - 10 с.
Получено 09.09.2019 г.
