ДИНАМИКА ПЛАНЕТАРНОГО ПОЧАТКООТДЕЛЯЮЩЕГО АППАРАТА Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Научная статья

УДК 631.355.3

doi: 10.37670/2073-0853-2021-90-4-149-153

Динамика планетарного початкоотделяющего аппарата

Владимир Макичевич Погосян, Лариса Дмитриевна Сарксян,

Жанна Дмитриевна Кобзарь

Кубанский государственный аграрный университет

Аннотация. Задачи динамики машин разнообразны. Это объясняется сложностью происходящих в них динамических процессов. Особое значение приобретают теоретические методы исследования, позволяющие установить ещё в процессе проектирования закономерности движения машинного агрегата. Для уборки кукурузы на зерно жатку зерноуборочного комбайна заменяют кукурузоуборочной приставкой. Уборка кукурузы в настоящее время полностью механизирована. Для уборки кукурузы промышленность выпускает как специализированные комбайны, так и кукурузоуборочные приставки к зерноуборочным комбайнам. Предложена методика динамических расчётов планетарных рабочих органов сельскохозяйственных машин, в том числе початкоотделяющего аппарата. Рассмотрены режимы работы кукурузоуборочного комбайна. Построена схема вертикального початкоотделяющего аппарата. Найдены основные динамические и кинематические показатели работы вертикального початкоотделяющего аппарата.

Ключевые слова: сельскохозяйственные машины, планетарные рабочие органы, вертикальный почат-коотделяющий аппарат, динамические и кинематические показатели.

Для цитирования: Погосян В.М., Сарксян Л.Д., Кобзарь Ж.Д. Динамика планетарного початкоотделяющего аппарата // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 4 (90). С. 149 - 153. doi: 10.37670/2073-0853-2021-90-4-149-153.

Original article

Dynamics of the planetary snapper

Vladimir M. Pogosyan, Larisa D. Sarksyan, Zhanna D. Kobzar

Kuban State Agrarian University

Abstract. The problems of machine dynamics are varied. This is due to the complexity of the dynamic processes taking place in them. Of particular importance are theoretical research methods, which make it possible to establish, even in the design process, the laws of motion of a machine unit. For harvesting corn for grain, the header of the combine harvester is replaced with a corn-harvester attachment. Maize harvesting is now fully mechanized. For harvesting corn, the industry produces both specialized harvesters and corn attachments for combine harvesters. The method of dynamic calculations of planetary working bodies of agricultural machines, including the snapping apparatus, is proposed. The modes of operation of the corn harvester are considered. A diagram of the vertical snapping apparatus has been constructed. Found the main dynamic and kinematic indicators of the vertical separating apparatus.

Keywords: agricultural machines, planetary working bodies, vertical snapping apparatus, dynamic and kinematic indicators.

For citation: Pogosyan V.M., Sarksyan L.D., Kobzar Z.D. Dynamics of the planetary snapper. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2021; 90(4): 149 - 153. (In Russ.). doi: 10.37670/2073-0853-2021-90-4-149-153.

Кукурузу в початках убирают кукурузоуборочными комбайнами, которые работают по одной технологической схеме - отрывают початки, очищают их от обёрток и подают в прицепленную сзади тележку. Стебли срезаются, измельчаются и подаются в идущий рядом транспорт. Собранные и очищенные от обёрток початки привозят на ток, перебирают, удаляя несозревшие и поражённые болезнями, высушивают до влажности 16 - 18 % и закладывают на хранение в сапетки или другие хранилища.

Если кукурузу убирают зерноуборочными комбайнами, вместо его жатки на комбайн навешивают специальную кукурузную приставку. Технологическая схема работы приставки предусматривает отрыв початков и подачу их в молотильный аппарат комбайна для обмолота.

Цели и задачи исследования - определение основных кинематических и динамических

параметров работы вертикального початкоотде-ляющего аппарата.

Материал и методы. В сельскохозяйственных машинах всё большее применение в качестве рабочих органов получают планетарные аппараты.

На рисунке 1 представлена схема одноба-рабанного планетарного початкоотделяющего аппарата кукурузоуборочного комбайна. Аппарат состоит из планетарного барабана б, вальцов Ь, гладкого барабана d, стеблепротягивающих вальцов еь е2, стеблеподающих цепей /ь /2,. Источник энергии - двигатель Д. Передаточный механизм состоит из колёс 1, 2, 3, 4, 5, 6, солнечного колеса S, сателлитов С и цепочных контуров I, II, III [1].

Обозначим Тб, т5, тс, шс - радиусы и

угловые скорости барабана, солнечной шестерни, сателлитного колеса. 0$ Об, Ос - центры сол-

нечной шестерни, барабана, сателлита. Центры О5, Об совпадают. т1( т2, Тз, Т4, Т5, тб, ^з,

оц, ^б - радиусы и угловые скорости колёс 1, 2, 3, 4, 5, б.

Угловые скорости о>§, 05, о>с можем выразить через угловую скорость вала двигателя следующим образом [2]:

1

Г = 2

[tie 1 +/е2)«1 +Jd< +Js<4 +h<*8 +\

+п]си>с + пть(тс + Ts)2co| +

+(mfl + m^)!^! +

V

(3)

+mIif u>l + m]]Tn<ai + тщТдО)^

/

0)5 = 0)!— = l210)ъ T3 .

0)s = 0)t — = 1430)!, T4

. .

ШЧ - - 121165ш1-

(1)

Сателлиты кроме относительного вращения вокруг своих осей имеют ещё и переносное вращение вместе с осями. Учитывая это, запишем выражение для окружной скорости точки контакты колёс 5 и С:

V = Уб - Уос, где Ус - окружные скорости точек обода сателлита и солнечной шестерни; Уос - скорость центра сателлита.

ТсО)с = Т^ - (тс + Т5)0)6,

откуда

т5 /

0)С =-0)5-11+ —10)5.

тС 4 ТС'

После несложных преобразований получаем выражение для угловой скорости сателлита [3]:

ОС = (*С5*43 - ¿21(1 + 1. (2)

Кинетическую энергию аппарата подсчитываем следующим образом:

Здесь Jel, Je2, Jd, Js, Js, Jc - моменты инерции относительно своих осей стеблепротягивающих вальцов е-1 и е2, гладкого барабана d, барабана б, вальца b с сателлитым колесом С соответственно; n - количество вальцов; ть - масса вальца совместно с сателлитным колесом;

т/ 1 и т^2 - массы правой / и левой /2 сте-блеподающих цепей;

т0 - радиус начальной окружности привода звёздочки цепей,

mj, тц, mm - массы приводных цепей I, II, III соответственно.

Подставив выражения (1) и (2) в (3), после преобразования получим:

т =

где J£ - приведённый к валу 1 момент инерции механизма.

L = Jel + Je2 +7d(i2li6s)2 + Js%3 +/s*21+ +nJb(icsh3 - ¿21(1 + ics)) + nmlQic + Ts)i 21 + (4) +mXTl + muxl + mmTjili + (mn + m/2)xg.

Чтобы определить обобщённую силу системы, запишем сумму работ сил, действующих на рассматриваемую систему при повороте вала двигателя на элементарный угол бф [4]:

w;

Рис. 1. - Схема вертикального початкоотделяющего аппарата

8A =

- (Me + iff )cû! - (Мьс + M*)(ùc

"j St.

V "КС + Л*8>6 - « + М^а Подставив в выражение элементарной работы сил значения угловых скоростей <с, <б, <d, из выражений (1) и (2) и имея в виду, что бф = <]5£

и (} = ^У^ получим следующую формулу для

Оф

обобщённой силы: <1=МЕ = М1-М% - м£ (¿с5ц3 - (1 + ¿С5)121) --Мб ¿21 - М^121165 - М* --М^Исзиз - (1 + 1сз)121) -

Рассмотрим отдельно слагаемые, входящие в правую часть формулы (5). Аналитическое выражение крутящего момента двигателя от угловой скорости можем записать линейной функцией:

(6)

(5)

и „я ~

A^i = Aif-77

' - — ел"

toy — ОТ

или

- - to? где о„ =-

» 1 „l^i Оч о,

0)î

степень неравномерности

вращения вала 1.

Момент сил протягивания стеблей вальцами можно подсчитать следующим образом:

Мес = 2тТете, (7)

где Te - сила трения вальцов по стеблям; те - радиус вальцов e;

m - количество стеблей, находящихся в рабочей щели.

Момент сил прокатывания стеблей планетарными вальцами состоит из двух слагаемых:

где M¡¡г - момент сил, сообщающих скорость стеблевой массе;

М%2 - момент сил, деформирующих стебли при прокатке последних вальцами [5]:

Ч1

Л*Ь1 = —*с<*ь = Pc(icsÎ43 - (1 + ¿C5)Î2l)«i (8) H

МЦ2 = тТтс = mfNic (9)

где q1 - подача стеблей к аппарату (кг/с);

fc-i*

Т - сила трения проката стеблей; N - сила давления вальца планетарного аппарата на стебель.

Момент сил протягивания стеблей гладким барабаном примет вид:

= + (10)

Г Ч1 9 „

Mdl = = Pd ¿21 ¿65

Md = mTdxd.

(11)

Момент сил отбрасывания початков планетарным барабаном примет вид:

2

Мк

(12)

где ц - вес одного початка;

ц - количество початков на стеблях;

А = — = 0,5...0,6;

Ус - скорость движения стеблей в рабочей щели Ус = т0<1.

Имея выражения кинетической энергии и обобщённой силы системы, пользуясь методом Лагранжа, составим дифференциальное уравнение движения системы: йш

(13)

где определяются выражениями (4) и (5).

Результаты исследования. Были рассмотрены следующие режимы работы кукурузоуборочного комбайна.

1. Запуск аппарата на холостом ходу, без нагрузки. В этом случае в выражении обобщённой силы момент сил сопротивления равен нулю и дифференциальное уравнение движения имеет вид [6]:

к-^ = Мяв-Мхх. (14)

Начальная угловая скорость равна нулю, т.е. при Ь = 0 < = 0.

2. Запуск аппарата с нагрузкой. Для этого режима имеем уравнение:

йш

и-^=мДъ-мхх-мс

(15)

с нулевым начальным условием при Ь = 0 < = 0.

3. Подача стеблей после запуска аппарата. В этом случае начальная угловая скорость равна угловой скорости холостого хода. Имеем дифференциальное уравнение:

1г-^ = Мяв-Мхх-Мс (16)

с нулевым начальным условием при Ь = 0 < = 0.

4. Внезапное прекращение подачи стеблей. В этом случае момент сил сопротивления равен нулю и начальная угловая скорость равна угловой скорости установившегося движения:

йш

(17)

при Ь = 0 < = 0.

Для всех режимов работы аппарата в правых частях дифференциальных уравнений движения можем выделить слагаемые, содержащие угловую скорость и свободные члены. Тогда уравнения (14), (15), (16), (17) будут приведены к уравнению вида:

с2о)

~dt = bk(li + Вк"

(18)

где Ьк и Бк имеют различные числовые значения для различных режимов работы аппарата.

Разделив все члены уравнения (18) на /£ и обозначив — = ак,— = Ак, получим:

h * h du>

-^ = акь> + Ак.

(19)

(22)

6 =

(25)

<Д

ср

Запишем общий интеграл уравнения (19): 1

— \n\ak(ö + Ak\ = t + CK. (20)

ак

Для 1 и 2 режимов, т.е. для режимов запуска аппарата вхолостую и с нагрузкой, имеем нулевые начальные условия. Используя эти условия, определим произвольные постоянные [7]:

сК = ^-тк\. (21)

Из выражений (20) и (21) получаем так называемые скоростные характеристики, т.е. зависимости угловой скорости от времени:

1 , Ак а-кАк ак

fh)

(

<Р2

9

л

л <рj

Аналогично получаем скоростные характеристики для III и IV режимов:

<* = — ((**<•>* + А)еа^ - А), (23) ак 1

(о = — ((акшх + А)еа^ - А). (24) ак

Выбор оптимального приведённого момента инерции является важной задачей динамических расчётов, так как распределение масс оказывает большое влияние на развитие динамических процессов. Как известно, коэффициент неравномерности хода машин равен:

Рис. 2 - Расчётная схема двухмассовой системы:

/1 - момент инерции системы роторов, приведённый к валу двигателя; /2 - момент инерции ротора двигателя; ф1, ф2 - текущие угловые отклонения; С - крутильная жёсткость передачи; Ц2 - крутящий момент; 1^1 - приведённый момент сопротивления

где АМ = М2 — Мг = Ьф2 + В.

Полагая ф1 - ф2 = ф, получим фх — ф2 = ф,

<Р1 - Ф2 = ф.

Система (26) принимает вид:

Л(ф + Ф2) + Сф = 0;

(27)

Имея скоростную характеристику рассматриваемого режима, можно найти о>тах, мт1П и мср. Подставив найденные выражения в (25) и решив полученное выражение относительно /£, получим формулу для отыскания величин постоянных маховых масс при заданном коэффициенте неравномерности хода.

В предыдущих рассуждениях мы считали звенья рассматриваемой системы абсолютно жёсткими. В действительности карданный вал обладает упругими свойствами и при передаче крутящего момента в нём, кроме основного движения, возникает и колебательное. А колебательные движения вызывают дополнительные динамические нагрузки, величина которых может быть значительна, особенно для режима разгона [8].

С учётом жёсткости передачи рассматриваемая система может быть заменена двухмассовой системой, расчётная схема которой представлена на рисунке 2.

Дифференциальные уравнения движения для системы будут иметь вид:

Лф! + С(ф! - Ф2) = 0; (2б)

У2Ф2 - С(ф1 - ф2) = Ш

У2Ф2 ~С<р = Ьф2 + в.

Из второго уравнения системы (27) имеем:

1

Ф = ^(/2ф2 -Ьф2 -В),

поэтому

1 1

Ф = С С/2Ф2 - Ьф2), Ф = л (У2Ф2 - Ьф2).

Пусть Т1 = 0, Т2, Т3, Т4 - корни характеристического уравнения

- ^-Тз + (/1 +;2)т2 -Ьг = 0,

тогда общее решение уравнения (28) имеет вид:

В , * ,

ф2 = --£ + Сх + С2ех* + С3ет^ + С4ет^. (29)

Определив ф2 и ф'2, из второго уравнения системы (26), находим:

В

ф1 = ь1 + С1 + + 1 +

{с-

С с

ьс3т3 , ]3с3т32^

с с ) ( ЬС4т4 | /4С4т42\ Р С~ + ~С~)

(30)

ет*{.

С С

Постоянные интегрирования можно определить из начальных условий движения.

Упругий момент, возникающий в передаче, равен

М = С(ф1 - ф2), где ф1, ф2 определяются выражениями (29) и (30).

Вывод. Предлагаемая методика может быть использована при динамических расчётах планетарных рабочих органов сельскохозяйственных машин. Проведённые эксперименты на кукурузоуборочном комбайне позволили определить основные динамические характеристики планетарного початкоотделяющего аппарата.

Литература

1. Пат. РФ на изобретение № 2690794 С1. Селекционная установка для обмолота початков кукурузы. / Погосян В.В., Голицын А.С., Артюхин Д.А.; опубл. 05.06.2019. Бюл. № 16.

2. Исследование движения кукурузного початка в вальцовой молотилке / В.В. Курасов, В.В. Погосян, В.Н. Плешаков [и др.] // Труды Кубанского государственного аграрного университета. № 69. 2017. Стр. 315 - 318.

3. Пат. РФ на изобретение № 2202875 С1. Початко-отделяющий аппарат / Кравченко В.С., Трубилин Е.И., Труфляк Е.В., Курасов В.С.; опубл. 27.04.2003. Бюл. № 12.

4. Пат. РФ на изобретение № 2343685 С2. Способ уборки селекционных посевов кукурузы / Курасов В.С., Куцеев В.В., Кадыров М.Р.; опубл. 20.01.2009. Бюл. № 3.

5. Пат. РФ на изобретение № 2197813 С2. Зерноуборочный комбайн с приставкой для уборки кукурузы / Кравченок В.С., Северин Ю.Д., Трубилин Е.И., Курасов В.С., Гонтарь Н.Н.; опубл. 10.02.2003. Бюл. № 4.

6. Курасов В.С., Евтушенко Е.В. Технологические свойства гибридов кукурузы селекции Краснодарского НИИСХ // Генетика, селекция и технология возделывания кукурузы: юбил. вып., посвящ. 100-летию со дня рождения академика М.И. Хаджинова. Краснодар, 1999. Стр. 350 - 356.

7. Пат. РФ на изобретение № 2190316 С2. Способ обмолота початков кукурузы / Курасов В.С., Трубилин Е.И., Куцеев В.В.; опубл. 10.10.2002. Бюл. № 28. Авторы:

8. Расчёт параметров установки для очистки початков семенной кукурузы / И.А. Петунина, А.В. Короткин, В.С. Курасов [и др.] // Сельский механизатор. 2018. № 10. С. 10 - 11.

Владимир Макичевич Погосян, кандидат технических наук. ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина». Россия, 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13, pogosyn@gmail.com

Лариса Дмитриевна Сарксян, соискатель. ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина». Россия, 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13, lara.sarksyan.03@gmail.com

Жанна Дмитриевна Кобзарь, соискатель. ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина». Россия, 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13, kodzar-z@list.ru

Vladimir M. Pogosyan, Candidate of Technical Sciences. Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin. 13, Kalinina St., Krasnodar, 350044, Russia, pogosyn@gmail.com

Larisa D. Sarksyan, research worker. Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin. 13, Kalinina St., Krasnodar, 350044, Russia, lara.sarksyan.03@gmail.com

Zhanna D. Kobzar, research worker. Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin. 13, Kalinina St., Krasnodar, 350044, Russia, kodzar-z@list.ru

-Ф-

Научная статья УДК 631.33.021

Энергетический анализ процесса дозирования торфа бункером-дозатором

Станислав Николаевич Шуханов

Иркутский государственный аграрный университет

Аннотация. Промышленное возделывание картофеля - важная народно-хозяйственная задача. Возделывание «второго хлеба» на инновационных принципах предполагает выведение сортов, отвечающих современным требованиям. Для интенсификации создания новых сортов используют тепличные комплексы, которые позволяют ускорить этот процесс. Выращивание сеянцев картофеля в горшочках осуществляется зачастую в торфяном субстрате. Равномерное наполнение горшочков торфом - трудоёмкая и ответственная задача. Для технического обеспечения этой операции разработан бункер-дозатор. Аналитическое исследование процесса дозирования торфа позволило обосновать параметры рассматриваемого устройства. Проанализирован такой показатель работы устройства, как энергоёмкость. Для определения условий реализуемого процесса составлена схема действия сил. Приведены расчётные зависимости для энергетического анализа. Условия работы ленты питателя в бункере отличаются от работы её в конвейерах. Эти отличия заключаются в том, что она работает под большим слоем материала и, кроме того, на выходе материала из бункера имеется дозирующее устройство, обеспечивающее подачу слоя определённой высоты, соответствующее заданному расходу. Показано, что усилие, требуемое на привод ленты питателя, складывается из суммы сопротивления в процессе дозирования торфа. В результате выполненной работы осуществлён энергетический анализ процесса дозирования торфа бункером-дозатором.

Ключевые слова: бункер-дозатор, процесс дозирования, энергетический анализ, торф.

Для цитирования: Шуханов С.Н. Энергетический анализ процесса дозирования торфа бункером-дозатором // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 4 (90). С. 153 - 156.