CC BY
49
Механизация
КИНЕМАТИЧЕСКИЙ И СИЛОВОЙ АНАЛИЗ СЕГМЕНТНО-ПАЛЬЦЕВОГО РЕЖУЩЕГО АППАРАТА С ПЛАНЕТАРНЫМ МЕХАНИЗМОМ ПРИВОДА НОЖА
Н.П.АПОКИН,
аспирант, Челябинский ГАУ
В статье приведены расчеты инерционных нагрузок, действующих на спинку ножа с закрепленными на ней сегментами, которые характеризуются массой и ускорением движения ножа. Скорости и ускорения движения ножа зависят от типа приводного механизма ножа, в качестве которого выступает преобразователь вращательного движения в поступательное - планетарный редуктор.
Пусть водило вращается по ходу часовой стрелки с угловой скоростью ш, угол ш1 поворота водила отсчитывается от оси X (рис. 2).
Если водило расположится на одной линии с кривошипом, то нож займет крайнее положение (точка А). Через промежуток времени 1 водило повернется на некоторый угол ш1, при этом кривошип займет некоторое по-
Срез растений режущим аппаратом осуществляется подвижным ножом с сегментами и противорежущей пластиной, неподвижно закрепленной на пальцах режущего бруса жаток. Качество среза определяется скоростью движения ножа.
Цель и методика исследований
Инерционные нагрузки, действующие на спинку ножа с закрепленными на ней сегментами, определяются массой и ускорением движения ножа. Скорости и ускорения движения ножа зависят от типа приводного механизма ножа - преобразователя вращательного движения в поступательное. Наиболее оптимальным механизмом преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное является планетарный редуктор (рис. 1). Он содержит ведущий вал 1, водило 2, жестко связанное с ведущим валом и поворотно установленное в корпусе 11 посредством опорных подшипников 8. Планетарный кривошип 5 с пальцем 6, шарнирно связанным с корпусом головки ножа 7 посредством подшипника 10. Кривошипный вал 12 установлен в подшипниках 9 водила параллельно ведущему валу 1 и несет жестко установленную на нем малую шестерню 3, обкатывающуюся внутри зубчатого венца большой шестерни 4, жестко установленной в корпусе 11 соосно подшипникам 8.
Ход в ножа, радиус гк кривошипа и радиусы гс и гш начальных окружностей соответственно малой 3 и большой 4 шестерен связаны равенствами [1]:
в = 4Гк = 4гс = 2гш . (1)
Режущий аппарат работает следующим образом. Равномерное
вращение ведущего вала 1 с частотой двойных ходов ножа передается водилу 2. Шестерня 3, ведомая водилом и взаимодействующая с шестерней 4, передает кривошипному валу 12 равномерное вращение в подшипниках 9 относительно вращающегося водила.
При этом в силу принятых соотношений (1) угловая скорость кривошипа 5 равна и противоположно направлена угловой скорости водила 2, а центр пальца 6 кривошипа совместно с корпусом головки ножа 7 движется возвратно-поступательно и обеспечивает ход в = 4гк.
Кинематические характеристики ножа: перемещение х, скорость V и ускорение | Определим их для ножа с планетарным механизмом.
Calculations of the inertial loadings acting on a back of a knife with segments fixed on it which are characterized by weight and acceleration of movement of a knife are cited. Speeds and accelerations of movement of a knife depend on type of the driving mechanism of a knife as which a planetary reducer, the converter of rotary movement in forward, acts.
Рис. 1. Кинематическая схема планетарного механизма привода ножа.
Рис. 2. Расчетная схема планетарного механизма привода ножа.
ложение В01. Перемещение ножа х = АС — (ВО + ОС) .
Так как АС = в, ВО = гксоэ(ю1:) + гссоз(ю1:) и ОС = гш, то
x = S—і
Так как гк = гс, то получим окончательное выражение:
. (2)
Продифференцировав выражение (2) по 1, получим зависимость изменения скорости и ускорения ножа с планетарным механизмом привода в относительном движении от угла поворота водила:
ш—+гкГе • и • ге • мЦшО; (3)
j = 2■а2 ■ rc ■ cos(at) .(4)
Для получения зависимости изменения скорости и ускорения от перемещения х определим из уравнения (2)
С08(ю 0 = (Б — Гш — х), а
2Г:
sin(аt) = у/1 - cos2 (а t) =
,—
(S - гш - x)2 4г: 2
Подставив полученные значения в уравнения (3) и (4) получим
V = 2 ■а ■ rc ■
j = 2 ■ а 2 ■ rc
і -(S - 4ш -x)2 ; (5)
4rc2 (S - г. - x)
2г.
(б)
С целью получения величин кинематических характеристик движения ножа с планетарным механизмом привода принято: частота вращения приводного вала п = 500 об/мин (угловая скорость ю = 52,36 рад/с); режущий аппарат нормального типа, т. е. в = 1 = 1:0 = 0,0762 м (в - ход ножа, 1 - шаг сегментов, 1^ - шаг пальцев); радиус кривошипа гк = 0,0381 м.
Полученные зависимости изменения скорости и ускорения от перемещения х представлены на рисунке 3 [2].
Сила сопротивления Р движению ножа [3]:
Р = Р,+ Р.+ Рер,(7)
где Р. - сила инерции масс ножа, н; Р1 - сила трения ножа, н; Рср - среднее значение силы сопротивления срезу, н.
Сила сопротивления срезу возрастает пропорционально увеличению ко-
Механизация
личества срезаемых растений. Если принять, что стебли равномерно распределены по скашиваемой площадке, то число срезаемых растений у каждого пальца за один ход ножа будет зависеть от площади нагрузки и густоты стеблестоя. Сопротивление срезу зависит не только от количества срезаемых стеблей, но и от биологического вида растений, развития стеблей, от морфологических особенностей и метеорологических условий.
Сила сопротивления срезу:
Р:р =^ , (8)
хр
где хр - перемещение ножа от начала до конца резания, м; є - работа, затрачиваемая на срез растений, нм/ м2; sH - площадь нагрузки, м2.
Сила инерции определяется величиной массы тн ножа и ускорением j:
Pj= m, ■ j,(9)
где тн - масса ножа приходящаяся на один сегмент, кг; j - ускорение ножа, м/с2.
Сила трения об элементы пальцевого бруса от веса ножа равна:
F, = f ■ G, ,(10)
где f - коэффициент трения; GH -вес ножа, н.
Для получения значений сил, действующих на спинку ножа, были использованы исходные данные: работа, затрачиваемая на срез растений, e = 15G нм/м2 - для зерновых культур; скорость машины Vu = 1,1 м/с; перемещение ножа от начала до конца резания xр=0,0381 м - для сегментно - пальцевого режущего аппарата нормального типа; масса ножа тн= G,16 кг - приходящаяся на один сегмент [4]; коэффициент трения стали по стали f = G,25.
Графики сил, действующих на спинку ножа, представлены на рисунке 4 (расчет сил произведен для ножа с одним сегментом).
Выводы
Анализ кинематических и силовых характеристик ножа режущего аппарата с планетарным механизмом привода показывает идентичность их характеристикам ножа с кривошипношатунным приводом, однако сила трения от давления на пятку при приводе ножа планетарным редуктором отсутствует, так как усилие в данном механизме привода передается не под углом к лини действия ножа. Можно сделать вывод, что планетарный редуктор является наиболее оптимальным механизмом преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное.
Механизация. Эффективность техники
Рис. 3. Г рафик изменения скорости и ускорения ножа с планетарным приводом
Рис. 4. График изменения сил, действующих на нож, в зависимости от перемещения х
Литература
1. АС. А01 Р34/30. Привод ножа режущего аппарата / Р.П. Джавахян, А.В. Авдеев, В.К.Воробьев и др. - №1496681.
2. Воцкий З.И., Апокин Н.П. Кинематический анализ приводных механизмов сегментно-пальцевых режущих аппаратов // Вестник ЧГАУ, Т. 47, 2006.
3. Кленин Н.И., Попов И. Ф., Сакун В.А.. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины (Элементы теории рабочих процессов, расчет регулировочных параметров и режимов работы). - М.: Колос, 1970.- 456 с., ил.
4. Терсков Г.Д. Расчет зерноуборочных машин. - М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1961. -216с., ил.
ЭКОНОМИЧЕСКИ ОПРАВДАННЫЕ ЗОНЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДОЖДЕВАЛЬНЫХ МАШИН В БАШКОРТОСТАНЕ
Х.М. САФИН,
доктор сельскохозяйственных наук, Минсельхоз Республики Башкортостан Г.Х. ЯПАРОВ, кандидат сельскохозяйственных наук, Башкирский ГАУ
Для всех природно-сельскохозяйственных зон Республики Башкортостан определены границы эффективного использования дождевальных машин отечественного производства. Представленные расчеты показывают зависимость эффективности орошения от увлажненности года, от вида используемой техники и сельскохозяйственной культуры.
В Республике Башкортостан сельскохозяйственное производство ведется в условиях недостаточной и неустойчивой естественной влагообеспеченно-сти. Именно этот фактор в первую очередь определяет объемы и стабильность производства продукции растениеводства и животноводства. В засушливые годы на богарных землях республики недобор сельскохозяйственной продукции составляет от 65 до 85% - по
сравнению с благоприятными по увлажнению годами.
Орошаемое земледелие - один из основных приемов интенсификации и стабилизации сельскохозяйственного производства. В 1980-1990 годы республика имела 145,4-152,3 тыс. га регулярного орошения. Занимая всего 2,4-2,6% площади пашни, орошаемые земли обеспечивали гарантированное производство 20% грубых и сочных кормов, 90%
The range of effective using of home-made sprinkling-machines is determined for all natural and agricultural zones of Republic of Bashkortostan. The presented calculations demonstrate the dependence of irrigation efficiency on annual average moisture, on class of used sprinkling-machine and crop.
