CC BY
17АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 631.316
МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЫЧАЖНЫХ ВИБРОУДАРНЫХ МЕХАНИЗМОВ РАБОЧИХ ОРГАНОВ КУЛЬТИВАТОРОВ
Бабицкий Л.Ф., доктор технических наук, профессор; Белов А.В., , ассистент; Москалевич В.Ю., кандидат технических наук, доцент, Институт «Агротехнологическая академия» ФГАОУ ВО «Крымский федеральный университет имени В.И. Вернадского».
Для предлагаемых конструктивно-технологических схем рабочих органов культиватора, на основе проведенных теоретических исследований, с учётом их конструктивных параметров и силы сопротивления почвы,разработана методика проектирования рычажных виброударных механизмов.В методику входит расчёт длины рычага виброударного механизма, частотыи амплитуды колебаний культиваторной лапы и виброударного рычага, высоты установки рычага виброударного механизма на упругой стойке культиватор-ной лапы, частот главных колебаний подвижных масс на упругих элементах, жесткости нижнего и верхнего упругих элементов, количества витков нижней и верхней промежуточных пружин.
PROCEDURE FOR DESIGNING LEVER VIBRATION IMPACT MECHANISMS OF CULTIVATORS WORKING BODIES
Babitsky L.F., Doctor of Technical Sciences, Professor; Belov A.V., assistant; Moskalevich V.Yu., Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Institute «Agrotechnological academy» of the FSAEI HE «V.I. Vernadsky Crimean Federal University».
For the proposed structural and technological diagrams of the working elements of the cultivator on the basis of theoretical studies, taking into account their design parameters and soil resistance force, a technique for designing lever vibration shock mechanisms was developed. Method includes calculation of length of lever of vibration impact mechanism, frequency and amplitude of oscillations of cultivator claw and vibration impact lever, height of installation of lever of vibration impact mechanism on elastic post of cultivator claw, frequencies of main oscillations of movable masses on elastic elements, stiffness of lower and upper elastic elements, number of turns of lower and upper intermediate springs.
139
Ключевые слова:рабочий орган Keywords: cultivator working body,
культиватора, вибрация, почва, ры- vibration, soil, lever vibration impact
чажный виброударный механизм, ме- mechanism, design method. тодика проектирования.
Введение. В системе мероприятий по экономии энергоресурсов и улучшению экологической обстановки особое внимание уделяется снижению расхода топлива и уменьшению затрат энергии на один из наиболее энергоемких технологических процессов в сельскохозяйственном производстве - обработку почвы. Добиться снижения тягового сопротивления почвообрабатывающего рабочего органа можно путем применения вибрации, которая достигается за счет пружинной подвески, активного привода, использования виброударных элементов [1, 2]. Как показали исследования многих ученых (В.П. Горяч-кин [3], А.А. Дубровский [4], А.Н. Гудков, О.В. Верняев [5] и др.), применение вибрации и, в частности, ее получение за счет использования виброударных элементов в конструкции почвообрабатывающих рабочих органов, является наиболее перспективным.
В конструкциях культиваторов широкое распространение получили рабочие органы с С-образными упругими стойками различных геометрических параметров и величины жесткости.При обработке почвы культиваторная лапа на упругой стойке совершает колебательное движение с меняющейся частотой, под действием переменного сопротивления почвы в периодических фазах сжатия и скалывания блоков почвы. Для снижения сопротивления рабочих органов культиватора необходимо обеспечить автоколебательный процесс при перемещении их в почве. В этом процессе частота собственных колебаний культиваторной лапы на упругой стойкедолжна совпадать с частотой возмущающего действия силы, приводящими к автоколебательному процессу [6, 7].
Цель исследования. Разработать методику проектирования рычажных виброударных механизмов рабочих органов культиваторов на основе теоретических исследований.
Материал и методы исследований. С целью обеспечения возникновения автоколебательного резонансного взаимодействия рабочего органа культиватора с почвой предлагается в его конструктивную схему ввести рычажный виброударный механизм. Установка таких виброударных механизмов на стойках культиваторных лап позволяет интенсифицировать колебательный процесс с обратной от почвы связью и снизить их тяговое сопротивление [8].
Схемы рабочих органов культиватора с рычажными виброударными механизмами показаны на рисунках 1 и 2.
140
Рисунок 1. Схема рабочего органа культиватора с рычажным виброударным
механизмом молоткового типа
Рисунок 2. Схема рабочего органа культиватора с рычажным виброударным
С использованием методов теоретической механики и теории колебаний проведено исследование по обоснованию параметров рычажных виброударных механизмов рабочих органов культиватора с учётом ихконструктивных параметров и силы сопротивления почвы для предлагаемых схем [8].
Результаты и обсуждение. Исходя из проведенного теоретического исследования, определение параметров рычажных виброударных механизмов рабочих органов культиватора выполняется в следующей последовательности.
Для схемы, показанной на рисунке 1, длина рычага виброударного механизма определяется по выражению:
механизмом с подвижными массами на кронштейне
(1)
Р кт(90°-сг)
где к - расстояние от носка лапы до шарнира подвеса; R - радиус упругой стойки;
141
Р■
а = агсЬд-
Руг.
(2)
тах
в почве.
гшх
где Р2 - сила упругости пружины;
Р - максимальная сила сопротивления движению культиваторной лапы
Частоты колебаний культиваторной лапы k1 и виброударного рычага k2
определяются по формулам:
*,< (3)
(4)
где т1 и т2 - массы соответственно, лапы и виброударного рычага;
и - моменты инерции, соответственно, лапы и виброударного рычага; И и Н2 - вертикальные расстояние от точки соударения до центра качения, соответственно, лапы и виброударного рычага; g - ускорение свободного падения.
Амплитуды колебаний лапы А1 и виброударного рычага А2 определяются по формулам:
^ __■■!'■ ■'__(5)
1 Г лС-т Ь -1-™ 11 Л— Г" Г -I- Г _Г
^ =__ (6)
Сила удара при соударении звеньев определяется величиной |А1-Л2| равной:
|=_И19ЩЪг_ф0 (7)
11 21 [{5т1й1+ш2/12)-01+/2)ы2](ат2й1-;2И-;22«4
Определение параметров рычажного виброударного механизма с подвижными массами на общей оси рычага упругой стойки культиваторной лапы (рис. 2) проводится в следующем порядке.
Высота Нр установки рычага виброударного механизма на упругой стойке культиваторной лапы определяется по формуле:
}1Р = Бт2а
(А-Д) +
Я2-(к-Я)2соБ2а
(8)
где угол а определяется по формуле (2).
Частоты главных колебаний подвижных масс на упругих элементах определяются по выражениям:
- для нижней подвижной массы:
^ _ :;;;Е . | -У'-: (9)
2тцтв у V 2ш^тв /
142
- для верхней подвижной массы:
в Л 2тпнтпв лД 2тнтв } ™нтв
где тН и тВ - величины масс, соответственно, нижней и верхней;
и Х2 - коэффициенты жесткости, соответственно, нижнего и верхнего упругих элементов.
Частота колебаний культиваторной лапы k должна удовлетворять условию:
ки<кя<кв. (11) Условие (12) выполняется за счет величин подвижных масс тТТ и т„ и
НВ
жесткостей Х1 и Л2 упругих элементов.
Минимальное и максимальное усилия скалывания почвы определяются по
формулам:
25
псктт ~ „2,,
(12)
D - 2S
псктах ~ _2„ (13)
где vmin и vmx - деформационный показатель почвы, соответственно, минимальный и максимальный;
S - площадь рабочей поверхности культиваторной лапы. Жесткости нижнего и верхнего упругих элементов определяются по формулам:
max _
Rck max _ -rk (15)
2 (i- l)x2 (2-1 )m2v22 m2v22
Количество витков нижней и верхней n2 промежуточных пружин определяются по формулам:
Gd4
(17)
где G - модуль сдвига материала пружинного элемента; d - диаметр пружины; D - средний диаметр пружины.
Частота колебаний в системе с рычажным виброударным механизмом с одной подвижной массой m t на упругом элементе жесткостью определяется по формуле:
(18)
143
После расчета параметров по вышеприведенным формулам проводится изготовление рычажных виброударных механизмов и установка их на рабочие органы культиваторов.
Вывод. Предлагаемаяметодика позволяет рассчитывать основные параметры рычажных виброударных механизмов молоткового типа и с подвижными массами на кронштейне рабочих органов культиваторовс учётом их конструктивных параметров и силы сопротивления почвы.
Список использованных источников:
1. Беспямятнова Н.М. Вибрационные процессы в растениеводстве / Н.М. Беспямятнова // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2008. - №2. - С. 11-13.
2. Konstantinov M.M. Vibrational interaction of the working organ with the soil [Text] / M.M. Konstantinov, S.N. Drozdov, I.V. Trofimov // Scientific review. - 2017. - №20. - P. 58-64.
3. Горячкин В.П. Собрание сочинений в трех томах / В.П. Горячкин. М.: Колос, 1965. - Т. 2. - 454 с.
4. Дубровский А.А. Вибрационная техника в сельском хозяйстве / А.А. Дубровский. -М.: Машиностроение, 1968. -204 с.
5. Верняев О.В. Активные рабочие органы культиваторов. - М.: Машиностроение, 1983. - 80 с.
6. Бабицкий Л.Ф. Обоснование оптимальных режимов работы куль-тиваторных лап на виброударной подвеске / Л.Ф. Бабицкий, И.В. Соболевский, В.А. Куклин // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. - 2017. -№ 3(58). - С. 69-73.
7. Бабицкий Л.Ф. Экспериментальные исследования и эффективность использования виброударных почвообрабатывающих рабочих органов / Бабицкий Л.Ф., Шевченко В.В., Моска-левич В.Ю. // Известия Оренбургского
References:
1. Bespyamyatnova N.M. Vibration processes in crop production/ N.M. Bespyamyatnova // Mechanization and electrification of agriculture. -2008. - № 2. - P. 11-13.
2. Konstantinov M.M. Vibrational interaction of the working organ with the soil [Text] / M.M. Konstantinov, S.N. Drozdov, I.V. Trofimov // Scientific review. - 2017. - №20. - p. 58-64.
3. Goryachkin, V.P. Collected works in three volumes / V.P. Goryachkin. -M.: Kolos, 1965. - T. 2. - 454 p.
4. Dubrovsky A.A. Vibration technology in agriculture / A.A. Dubrovsky. - M.: Mashinostroenie, 1968. - 204 p.
5. Vernyaev O.V. Active working bodies of cultivators. - M.: Mashinostroenie, 1983. - 80 p.
6. Babitsky L.F. Substantiation of optimal operating modes of cultivator claws on vibration shock suspension / L.F. Babitsky, I.V. Sobolevsky, V.A. Kuklin//Agrarian science of Euro-Northeast. - 2017. - № 3(58). - P. 69-73.
7. Babitsky L.F. Experimental studies and efficiency of use of vibration impact tillage bodies /Babitsky L.F., Shevchenko V.V., MoskalevichV.Yu. //News of Orenburg GAU. - 2018. -№ 6 (74). - P. 93-96.
8. L Babitskiy, A Belov and
144
FAY - 2018. - № 6 (74). - C. 93-96.
8. L. Babitskiy, A. Belov and V. Moskalevich. Theoreticalsubstantiation of the parameter softhemechanism of autores onantvibroimpact interaction of cultivator claws with soil. IOP Conference Series Materials Science and Engineering 1001(1):012134 December 2020 D0I:10.1088/1757-899X/1001/1/012134.
V. Moskalevich. Theoretical substantiation of the parameters of the mechanism of autoresonantvibroimpact interaction of cultivator claws with soil IOP Conference Series Materials Science and Engineering 1001(1):012134 December 2020 D0I:10.1088/1757-899X/1001/1/012134.
Сведения об авторах:
Бабицкий Леонид Федорович -доктор технических наук, профессор, профессор кафедры технических систем в агробизнесе Института «Агро-технологическая академия» ФГАОУ ВО «КФУ им. В.И. Вернадского», e-mail: kaf-meh@rambler.ru, 295492, Россия, Республика Крым, г. Симферополь, п. Аграрное, Институт «Агротех-нологическая академия» ФГАОУ ВО «КФУ им. В.И. Вернадского».
Белов Александр Викторович - ассистент кафедры технических систем в агробизнесе Института «Агротех-нологическая академия» ФГАОУ ВО «КФУ им. В.И. Вернадского», e-mail: kaf-meh@rambler.ru, 295492, Россия, Республика Крым, г. Симферополь, п. Аграрное, Институт «Агротехноло-гическая академия» ФГАОУ ВО «КФУ им. В.И. Вернадского».
Москалевич Вадим Юрьевич -кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры технических систем в агробизнесе Института «Агротех-нологическая академия» ФГАОУ ВО «КФУ им. В.И. Вернадского», e-mail: v_moskalevich@mail.ru, 295492, Рос-
Information about the authors:
Babitskiy Leonid Fedorovich -Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of the Department of Technical systems in Agribusiness of the Institute "Agrotechnological academy" of the FSAEI HE "VI. Vernadsky Crimean Federal University", e-mail: kaf-meh@ rambler.ru, Institute "Agrotechnological academy" of the FSAEI HE "V.I. Ver-nadsky Crimean Federal University", Agrarnoye v., Simferopol, Republic of Crimea, 295492, Russia.
Belov Alexandr Viktorovich-assistant of the Department of Technical systems in Agribusiness of the Institute "Agrotechnological academy" of the FSAEI HE "V.I. Vernadsky Crimean Federal University", e-mail: kaf-meh@ rambler.ru, Institute "Agrotechnological academy" of the FSAEI HE "V.I. Ver-nadsky Crimean Federal University", Agrarnoye v., Simferopol, Republic of Crimea, 295492, Russia.
Moskalevich Vadim Yurievich -Candidate of Technical Sciences, Docent, Associate Professor of the Department of Technical systems in Agribusiness of the Institute "Agrotechnological academy" of
145
сия, Республика Крым, г. Симферополь, п. Аграрное, Институт «Агро-технологическая академия» ФГАОУ ВО «КФУ им. В.И. Вернадского».
the FSAEI HE "V.I. Vemadsky Crimean Federal University"e-mail: kaf-meh@ rambler.ru, Institute "Agrotechnological academy" of the FSAEI HE "V.I. Ver-nadsky Crimean Federal University", Agrarnoye v., Simferopol, Republic of Crimea, 295492, Russia.
146
