CC BY
37
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 631.331+631.315.2
КОНСТРУКЦИЯ РЫЧАЖНОГО ВАРИАТОРА ДЛЯ ПРИВОДА ВЫСЕВАЮЩИХ АППАРАТОВ СЕЯЛКИ-КУЛЬТИВАТОРА ССВ-3,5
А. В. Антонов, аспирант; Н. П. Ларюшин, доктор техн. наук, профессор
ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА», т.: (8-8412) 62-85-17, е-таИ: ап1опоу_ау_58@таП. ги
Рассматривается конструкция рычажного вариатора привода высевающих аппаратов сеялки-культиватора ССВ-3,5. Рычажный вариатор позволяет устанавливать необходимую норму высева семян зерновых культур, не прибегая к регулировке нормы высева за счет изменения рабочей длины высевающих катушек.
Ключевые слова: вариатор, рычажный механизм, норма высева семян, сеялка, редуктор.
В последние годы интерес к проблемам посева сельскохозяйственных культур значительно возрос, что объясняется важностью этой операции для повышения урожайности сельскохозяйственных культур, необходимостью внедрения в производство интенсивных и ресурсо- влагосбере-гающих технологий.
Необходимость совершенствования посевных машин определяется разнообразием физико-механических свойств семян сельскохозяйственных культур, схем, способов, трудоемкости их посева, а также различием почвенно-климатических условий и агротехнических требований. Так, для посевных машин одним из перспективных и надежных, с хорошими показателями качества посева и точности соблюдения нормы высева является механический привод высевающих аппаратов.
Механический привод высевающих аппаратов - это привод, осуществляемый непосредственно от ходовых колес сеялки или от дополнительных приводных колес. Для изменения скоростей вращения высевающего аппарата предусмотрены сменные звездочки, коробки передач или вариаторы, а для отключения привода при транспортных переездах и поворотах - ра-
зобщители, управляемые с помощью гидравлических, механических и электрических устройств.
В настоящее время одним из самых распространенных способов изменения частоты вращения высевающих аппаратов являются сменные звездочки и редукторы. К сожалению, эти способы изменения частоты вращения высевающих аппаратов имеют ряд недостатков, которые оказывают влияние на норму высева и в конечном результате на урожайность культуры. Так, одним из самых главных недостатков является сложность в регулировке нормы высева ввиду ступенчатости изменения передаточного отношения редуктора. Данный недостаток устраняется путем установки вариатора, с помощью которого передаточное отношение изменяется во всем диапазоне регулирования плавно, бесступенчато. Это позволяет более точно выбирать режим, в котором достигается оптимальная норма высева семян. Также при использовании вариатора сокращается время на настройку сеялки, что позволяет отказаться от регулировки нормы высева путем изменения длины высевающих катушек, при этом улучшается равномерность высева, исключается дробление се-
Нива Поволжья № 4 (21) ноябрь 2011 45
мян, упрощается настройка в полевых условиях [1, 2, 11].
Из вышесказанного следует, что вариатор на сеялке имеет ряд преимуществ перед редукторами. В связи с необходимостью правильного выбора вариатора встает вопрос о выборе типа вариатора, который обеспечит высев семян в соответствии с агротехническими требованиями. Проанализировав все известные типы вариаторов, мы пришли к выводу, что для сеялок необходим вариатор с широким и бесступенчатым диапазоном настройки, простой в эксплуатации и обслуживании. Такие характеристиками имеют вариаторы импульсного типа. Базовые импульсные вариаторы не нашли применения на сеялках, так как все серийные вариаторы сложны в изготовлении или не имеют подходящих для сеялок характеристик. В связи с этим нами поставлена цель разработать конструкцию импульсного вариатора, имеющего необходимые эксплуатационные характеристики, экономически выгодного в изготовлении и эксплуатации.
Рассмотрев существующие конструкции вариаторов, мы взяли за аналоги несколько механизмов, в частности, криво-шипно-шатунный механизм с регулируемой длиной кривошипа, содержащий основание, ведущий вал, жестко закрепленный на нем кривошип с радиальным пазом, кулачок с фигурным пазом и соединительное звено с роликами. Через шарнир со звеном связан шатун. На валу с возможностью свободного вращения размещена втулка соединительной муфты, одна полумуфта которой жестко связана с основанием, а другая полумуфта жестко связана с выходным колесом зубчатой передачи, ведущее колесо которой связано или с приводом вала, или с отдельным приводом. Для расширения кинематических возможностей и плавности регулировки зубчатая передача может быть двухскоростной, для чего механизм снабжен коробкой передач. Кулачок связан с втулкой подвижным шлице-вым соединением через шлицы. Передаточное число зубчатой передачи подобрано так, чтобы ее выходное колесо имело одинаковую угловую скорость с ведущим валом. К недостаткам механизма можно отнести невозможность приведения механизма в положение, равное нулевому передаточному отношению, сложность изменения частоты вращения выходного звена на большой частоте вращения входного звена за счет изменения длины кривошипа в связи с остановкой кулачка и непрерывным движением вала и кривошипа, малый
46
диапазон изменения радиуса кривошипа, низкую надежность, а также сложность в изготовлении [15].
Известен кривошипно-кулисный вариатор скорости, состоящий из ведущего вала, кинематически связанного с кривошипом с помощью, например, зубчатой передачи и реечной передачи. Кривошип, взаимодействуя с кулисой, образует кривошипно-ку-лисный механизм, причем кулиса кинематически связана с ведомым валом с помощью, например, конической передачи и телескопического вала. Механизм изменения радиуса кривошипа выполнен в виде реечной передачи, к рейке которой прикреплен кривошип, и зубчатых цилиндрических передач, соединенных с шестерней реечной передачи. Механизм изменения расстояния между осями вращения кривошипа и кулисы соединяет кулису с рукояткой регулирования через визирное устройство и устройство, содержащее копир и ролик. Вариатор также снабжен дифференциальным механизмом и кривошипно-шатунным механизмом. Одно центральное колесо дифференциального механизма установлено на ведущем валу, другое - на валу механизма для изменения радиуса кривошипа, а водило с парными сателлитами соединено с механизмом изменения расстояний между осями вращения кривошипа и кулисы с помощью кривошипно-шатунного механизма. К недостаткам этого механизма можно отнести усложнение кинематики привода машин и механизмов при пользовании данным вариатором вследствие перпендикулярности входного и выходного механизмов вариатора, низкую надежность в связи с большим количеством подвижных деталей, а также сложность в изготовлении [14].
Привод с автоматическим бесступенчатым регулированием чисел оборотов состоит из следующих последовательно расположенных элементов: входного вала, пружины кручения, кривошипного диска, шатуна, одним концом соединенного с коромыслом, двух обгонных муфт (одна правого, другая левого вращения), сидящих на валике, двух конических шестерен с равным передаточным числом, соединенных попарно с соответствующими обгонными муфтами и насаженных на выходной вал. Шестерни вращаются в определенном постоянном направлении. Автоматический регулятор находится внутри кривошипного диска и состоит из конической зубчатой пары, одна шестерня которой закреплена на конце входного вала, а другая насажена на ходовой винт, расположенный на под-
Технические науки
шипнике и имеющий правую и левую нарезки; противовеса и гайки с кривошипным пальцем, соединенным с другим концом шатуна. К недостаткам привода с автоматическим бесступенчатым регулированием чисел оборотов можно отнести невозможность принудительного изменения частоты вращения выходного звена без остановки входного звена, что приводит к уменьшению производительности работы, остановку выходного вала в момент достижения входным валом крайних мертвых точек, что приводит к разрыву крутящего момента, неравномерность вращения выходного вала в процессе движения кривошипа от одной крайней мертвой точки к другой, усложнение кинематики привода при пользовании данным вариатором вследствие перпендикулярности входного и выходного механизмов вариатора, низкую надежность, а также сложность в изготовлении [13].
Из более близких по технической сущности и выбранный нами за прототип является рычажный вариатор, содержащий кривошип, который посредством шатуна соединен с рычагом, другой конец которого через ось присоединен к коромыслу, на оси которого на обгонных муфтах противоположного направления смонтированы шестерни, связанные между собой конической шестерней. Ось вращения рычага смонтирована в ползуне, имеющем привод, который может перемещаться относительно направляющей, которая параллельна биссектрисе угла качания рычага от одной точки до другой точки. Вариатор работает следующим образом: вращение кривошипа через шатун преобразуется в качательное движение рычага, которое передается на коромысло, сообщая ему ка-чательное движение, и посредством обгонных муфт и шестерен преобразуется в непрерывное вращательное движение шестерен. Бесступенчатое регулирование передаточного отношения осуществляется перемещением ползуна посредством гидроцилиндра или червячной пары по закону регулирования, оптимальному для каждого конкретного механизма, вдоль направляющей между точками, причем при совмещении оси крепления коромысла и оси ползуна выходное звено останавливается и блокируется от обратного хода, т. к. коромысло заперто.
К недостаткам выбранного за прототип вариатора можно отнести остановку выходного вала в момент достижения входным валом крайних мертвых точек, что приводит к разрыву крутящего момента, и неравномерность вращения выходного вала в процессе движения кривошипа от одной крайней мертвой точки к другой во
время работы вариатора, что приводит к нарушению технологического процесса работы машин и механизмов. Кроме того, во время работы вариатора при максимальной частоте вращения выходного звена на рычаг действует большая изгибающая сила, что приводит к поломке ползуна, рычага и всех узлов соединения рычага с деталями привода, усложняется также кинематика привода машин и механизмов при пользовании данным вариатором вследствие перпендикулярности входного и выходного механизмов вариатора, что приводит к удорожанию вариатора при низкой его надежности и сложности в изготовлении [16].
В настоящее время в ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» на кафедре «Сельскохозяйственные машины» совместно с заводом ООО «КЗТМ» разработан, изготовлен и испытан рычажный вариатор привода высевающих аппаратов сеялки-культиватора ССВ-3,5.
Наша техническая разработка направлена на устранение вышеперечисленных недостатков, и при её использовании получен следующий результат: при установке рычажного вариатора в качестве привода машин и механизмов стало возможно плавно регулировать частоту вращения выходного звена, устанавливать рычажный вариатор в положение, равное нулевому передаточному отношению; изменение частоты вращения выходного звена происходит за счет изменения положения регулятора как при работе механизма, так и в положении покоя; увеличился диапазон изменения передаточных отношений, не усложняется кинематика привода машин и механизмов при пользовании данным рычажным вариатором вследствие параллельности входного и выходного звеньев вариатора. Данный рычажный вариатор характеризуется высокой надежностью, а также простотой в изготовлении.
Указанный технический результат достигается за счет применения рычажного вариатора (рисунок), состоящего из кривошипа, который посредством шатуна соединен с одним концом рычага, выполненного в форме кулисы, а другой конец рычага смонтирован на неподвижной оси; внутри круговой прорези рычага установлен ползун, который тягами, закрепленными в центре ползуна, соединен с коромыслами, выполненными в форме обоймы, внутри которых установлены обгонные муфты, смонтированные на выходном валу 2, при этом ползун также соединен тягой с регулятором, состоящим из неподвижно соединен-
Нива Поволжья № 4 (21) ноябрь 2011 47
Рычажный вариатор: 1 - входной вал; 2 - выходной вал: 3 - регулятор; 4 - шкала
ных звеньев. На краю конечного звена установлена стрелка-указатель, при этом регулятор 3 смонтирован на неподвижной оси, а выше стрелки-указателя нанесена шкала 4. Регулятор 3, соединенный с ползуном, позволил мгновенно, с минимальным усилием изменять настройку оптимального режима работы рычажного вариатора в приводах трансмиссий транспортных, грузоподъемных и прочих машин и механизмов, например, в приводе высевающих аппаратов сеялок [3].
Рычажный вариатор работает следующим образом: вращение кривошипа через шатун преобразуется в качательное движение рычага, которое передается тягами на коромысла, сообщая им также кача-тельные движения, и посредством обгонных муфт качательное движение коромысел преобразуется в непрерывное вращательное движение выходного вала 2. Бесступенчатое регулирование передаточного отношения рычажного вариатора осуществляется в соответствии с заданным режимом работы механизма, изменением величины плеча колебания рычага относительно неподвижной оси, при перемещении ползуна в круговой прорези рычага за счет воздействия регулятора 3 на тягу. При совмещении центра ползуна и неподвижной оси плечо равно нулю, при этом тяги не получают колебаний от рычага, а коромысла остаются неподвижными, выходное звено также остается неподвижно, то есть вариатор выключен. Выходное звено выходного вала 2 блокируется от обратного хода, так как в этом режиме коромысла
4в|
заперты. Бесступенчатое регулирование передаточного отношения рычажного вариатора и выключение вариатора осуществляется как при включенном, так и при выключенном положении ведущего звена.
Разработанный нами рычажный вариатор позволил плавно изменять норму высева семян сельскохозяйственных культур на сеялке-культиваторе ССВ-3,5 за счет плавного изменения частоты вращения выходного звена. Это также позволило экономить посевной материал за счет более точной установки нормы высева семян, при этом повысилась урожайность сельскохозяйственных культур.
Литература
1. Антонов, А. В. Обоснование выбора вариатора для сеялок с механическим приводом высевающего аппарата / А. В. Антонов, А. А. Пяткин // Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК России: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. - Пенза: РИО ПГСХА, 2010. - С. 148-149.
2. Антонов, А. В. Обзор современных посевных машин с механическим приводом высевающих аппаратов / А. В. Антонов, А. В. Бучма // Инновационные идеи молодых исследователей для агропромышленного комплекса России: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции студентов. Том 1. - Пенза: РИО ПГСХА, 2010. - С. 143-145.
3. Антонов, А. В. Расчет конструктивных параметров рычажного вариатора привода высевающих аппаратов сеялки-культивато-
Технические науки
ра ССВ-3,5 / А. В. Антонов, Н. П. Ларюшин // Нива Поволжья. - 2011. - № 2(19). -С. 56-60.
4. Артоболевский, И. И. Теория механизмов / И. И. Артоболевский. - М.: Наука, 1975. - 719 с.
5. Артоболевский, И. И. Теория механизмов и машин / И. И. Артоболевский. -М.: Наука, 1975. - 638 с.
6. Бать, М. И. Теоретическая механика в примерах и задачах / М. И. Бать, Г. Ю. Джанелидзе, А. С. Кельзон; под ред. Д. Р. Мер-кина. - 8-е изд., перераб. - М.: Наука: Гл. ред. физ.-мат. лит-ры, 1984. - Т. 1. Статистика и кинематика. - 504 с.
7. Благонравов, А. А. Механические бесступенчатые передачи нефрикционного типа / А. А. Благонравов. - М.: Машиностроение, 1977. - 143 с.
8. Есипенко, Я. И. Механические вариаторы скорости / Я. И. Есипенко. - Киев: Гос-техиздат УССР, 1961. - 220 с.
9. Кропп, А. Е. Приводы машин с импульсными вариаторами / А. Е. Кропп. - М.: Машиностроение, 1988. - 144 с., ил.
10. Ларюшин, Н. П. Состояние вопроса привода механических высевающих аппаратов зерновых сеялок / Н. П. Ларюшин, А. В. Антонов // Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК России: сбор-
ник материалов Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых. - Пенза: РИО ПГСХА, 2009. - С. 51.
11. Шуков, А. В. Обоснование выбора конструкции высевающего аппарата сеялки для подпочвенно-разбросного посева / А. В. Шуков, А. В. Антонов // Научный потенциал студенчества - агропромышленному комплексу России: сборник материалов научной конференции. - Пенза: РИО ПГСХА, 2008. - С. 204-205.
12. Ревков, Г. А. Механические бесступенчатые передачи / Г. А. Ревков. - М.: ЦШТИ, 1958. - 48 с.
13. А. с. № 155373 СССР. Привод с автоматическим бесступенчатым регулированием чисел оборотов / Н. В.Гулиа. -Опубл. 1963; бюл. № 12.
14. А. с. № 540092 СССР. Кривошипно-кулисный вариатор скорости / Ю. Ф. Деем-ченко. - Опубл. 25.12.1976; бюл. № 47.
15. А. с. № 1193344 СССР. Кривошип-но-шатунный механизм с регулируемой длиной кривошипа / В. В. Бирюлин, Л. Н. Горохов, В. Б. Коровкевич, Р. Д. Сухих, И. Ю. Сухов. - Опубл. 23.11.1985; бюл. № 43.
16. Пат. № 2104426 РФ. Рычажный вариатор / А. А. Синицын. - Опубл. 10.02.1998; бюл. № 22.
Нива Поволжья № 4 (21) ноябрь 2011 49
