CC BY
41
9. Yudaev I.V., Nosova T.A. Ehksperimentalnye issle-dovaniya po izucheniyu vliyaniya predposevnoj elektrostimu-lyacii na semena risa [Experimental researches of the effects of pre-sowing electrostimulation of rice seeds], Innovacii v se'skom hozyajstve, 2016, No 1, pp. 44-48.
10. Kazakova A.S., Malinovskij B.N., Lipkovich Eh.I., Ionova E.V., Pahomov V.I. Vliyanie obrabotki elektromagnit-nym polem sverhvysokoj chastoty na posevnye kachestva semyan sorgo, podsolnechnika i kukuruzy [Влияние обработки электромагнитным полем сверхвысокой частоты на
посевные качества семян сорго, подсолнечника и кукурузы], Doklady VASKHNIL, 1987, Nо 11, pp. 72-79.
11. Rostami Zadeh E., Majd A., Arbabian S. Effects of Electromagnetic Fields on Seed Germination in Urtica Dioica L., Int. J. Scientific & Technology Res., 2014, Vol. 3, Issue 4, pp. 365-368.
12. Shabrangi A., Majd A. Comparing Effects of Electromagnetic Fields (60 Hz) on Seed Germination and Seedling Development in Monocotyledons and Dicotyledons. PIERS Proceedings, August 18-21, Moscow, 2009, pp. 704-709.
Сведения об авторах
Сыркин Владимир Анатольевич - старший преподаватель кафедры «Электрификация и автоматизация АПК», ФГБОУ ВО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия» (г. Кинель, Российская Федерация). Тел. 8 (846-63) 46-3-46. E-mail: [email protected].
Гриднева Татьяна Сергеевна - кандидат технических наук, доцент кафедры «Электрификация и автоматизация АПК», ФГБОУ ВО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия» (г. Кинель, Российская Федерация). Тел. 8 (846-63) 46-3-46. E-mail: [email protected].
Крючин Павел Владимирович - кандидат технических наук, доцент кафедры «Электрификация и автоматизация АПК», ФГБОУ ВО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия» (г. Кинель, Российская Федерация). Тел. 8 (846-63) 46-3-46. E-mail: [email protected].
Машков Сергей Владимирович - кандидат экономических наук, декан Инженерного факультета, ФГБОУ ВО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия» (г. Кинель, Российская Федерация). Тел. 8 (846-63) 46-3-46. E-mail: [email protected].
Васильев Сергей Иванович - кандидат технических наук, доцент кафедры «Электрификация и автоматизация АПК», ФГБОУ ВО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия» (г. Кинель, Российская Федерация). Тел. 8 (846-63) 46-3-46. E-mail: [email protected].
Information about the authors Syrkin Vladimir Anatolievich - senior lecterer of the Electrification and automation of agroindustrial complex department, FSBEI HE «Samara State Agricultural Academy» (Kinel, Russian Federation). Phone: 8 (846-63) 46-3-46. E-mail: [email protected].
Gridneva Tatyana Sergeevna - Candidate of Technical Sciences, associate professor of the Electrification and automation of agroindustrial complex department, FSBEI HE «Samara State Agricultural Academy» (Kinel, Russian Federation). Phone: 8 (846-63) 46-3-46. E-mail: [email protected].
Kryuchin Pavel Vladimirovich - Candidate of Technical Sciences, associate professor of the Electrification and automation of agroindustrial complex department, FSBEI HE «Samara State Agricultural Academy» (Kinel, Russian Federation). Phone: 8 (846-63) 46-3-46. E-mail: [email protected].
Mashkov Sergey Vladimirovich - Candidate of Economic Sciences, dean of Engineering faculty, FSBEI HE «Samara State Agricultural Academy» (Kinel, Russian Federation). Phone: 8 (846-63) 46-3-46. E-mail: [email protected].
Vasiljev Sergey Ivanovich - Candidate of Technical Sciences, associate professor of the Electrification and automation of agroindustrial complex department, FSBEI HE «Samara State Agricultural Academy» (Kinel, Russian Federation). Phone: 8 (846-63) 46-3-46. E-mail: [email protected].
УДК 631.354.2.076+532.5
МОДЕЛИРОВАНИЕ И ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭЖЕКЦИОННОГО ОТСОСА ПЫЛИ ИЗ ВОЗДУХОЗАБОРНИКА ВЫХЛОПНЫМИ ГАЗАМИ ДВИГАТЕЛЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ МАШИНЫ
© 2018 г. А.А. Калиновский, Ю.В. Чупрынин, А.А. Новиков
Для очистки воздуха от содержащейся в нем пыли на двигателях применяются воздушные фильтры, которые при работе в условиях сильной запыленности, что особенно актуально для сельскохозяйственных машин, снижают износ деталей двигателя в 1,5-2 раза. Для предотвращения преждевременного забивания воздушного фильтра на сельскохозяйственных машинах применяются предочистители воздуха. Удаление пыли из предочистителей в свою очередь происходит автоматически за счет выхлопных газов посредством струйного эжектора, установленного в глушителе двигателя. При проектировании и установке эжекционного отсоса пыли следует учитывать не только создаваемое им разряжение в патрубке, подведенном к предочистителю, но также и повышение противодавления системы выпуска вы-
хлопных газов. Таким образом, целью данной работы является повышение эффективности эжекционного отсоса пыли из предочистителя воздухозаборника выхлопными газами двигателя сельскохозяйственной машины. В статье приведена методика по моделированию процесса эжекционного удаления пыли из предочистителя воздушного фильтра двигателя с помощью системы вычислительной гидрогазодинамики. Также даны рекомендации по необходимым начальным и граничным условиям для проведения численного моделирования. Продемонстрированы результаты твердотельного моделирования процесса эжекционного отсоса пыли. Проведено сравнение результатов моделирования с результатами экспериментальных исследований системы выпуска выхлопных газов и эжекционного отсоса пыли. На основании полученных результатов были подобраны оптимальные геометрические параметры струйного эжектора, обеспечивающие эффективный отсос пыли без превышения допустимой величины противодавления системы выпуска выхлопных газов. Применение численного моделирования эжекционного отсоса пыли для выбора оптимальных параметров эжектора на этапе проектирования самоходных сельскохозяйственных машин в итоге сокращает время на их доработку и выпуск в серийное производство. Данный подход успешно применяется при разработке и проектировании самоходных сельскохозяйственных уборочных машин на ОАО «Гомсельмаш».
Ключевые слова: струйный эжектор, воздухозаборник, глушитель, выхлопные газы, противодавление, разряжение.
Air filters which at work in conditions of intense dustiness that is especially actual for agricultural machines, reduce engine details deterioration in 1,5-2 times are applied on engines to air cleaning from a dust containing in it. Air precleaners are applied to prevent early air filter clogging on agricultural machines. Dust elimination from precleaners in turn occurs automatically at the expense of exhaust gases by means of jet ejector, installed in the engine damper. At a dust suction ejection designing and installation it is necessary to consider not only created by it exhaustion in a fitting, connecting to the precleaner, but also backpressure raising of exhaust gases exhaust system. Thus, the given work purpose is effectiveness increase of ejection dust suction from an air inlet precleaner by agricultural machines engines exhaust gases. In this article an ejection dust removal from an engine air filter precleaner by means of computing hydraulic gas dynamics system process modeling technique is given. Also recommendations on necessary initial and boundary conditions for carrying out numerical simulation are given. Solid modeling results of ejection dust suction process are shown. Results modeling with results experimental researches of exhaust gases system and ejection dust suction comparison is made. On obtained results basis, optimal jet ejector geometric parameters, providing an effective dust suction without admissible value excess of exhaust gases backpressure system have been selected. Ejection dust suction for choice ejector optimal parameters numerical simulation application at a design self-moving agricultural machines stage as a result reduces time for their completion and launching in a batch production. The given approach is successfully applied at self-moving agricultural harvesters development and designing on OJSC «Gomselmash».
Keywords: jet ejector, air inlet, damper, exhaust gases, backpressure, exhaustion.
Введение. Струйные аппараты получили широкое распространение практически во всех отраслях техники. Они применяются в системах очистки воздуха на промышленных предприятиях [2], эжекторах реактивных сопел, пнев-мофорсунках, пневмотранспорте [3], компрессорах и т.д. Известно также использование выхлопных газов для эжекционного отсоса пыли в транспортных дизельных двигателях [4] и в военной технике [5].
Из анализа всех приведенных источников можно сделать вывод, что, несмотря на невысокий КПД эжекторных устройств, отсутствие подвижных элементов и простота конструкции обеспечивает им преимущество при выборе типа обменника энергией.
В зависимости от сферы применения эжекторное устройство должно обладать специфическим набором показателей, характеризующих его в конкретном случае. Значительное влияние на аэродинамические характеристики эжекторных устройств оказывает компоновочная схема их исполнения. Использование потока выхлопных газов в системе удаления пыли
из воздухозаборника в качестве эжектирующей среды не требует наличия дополнительных устройств для создания газовых потоков, что также является важным преимуществом эжекционной очистки воздушного фильтра двигателя.
Теоретические основы газодинамических процессов, протекающих в струйных аппаратах, достаточно широко и в различных ракурсах изложены в специальной технической литературе и научных публикациях [2-7]. В приведенных источниках установлены закономерности протекающих процессов и обозначены основные параметры, выступающие в качестве критериев при оптимизации геометрии эжекторных устройств.
Однако теоретические расчеты не дают полной картины процессов, протекающих в эжекторных устройствах, носят приблизительный характер и ввиду отсутствия надежной методики определения потерь в системе требуют проведения натурных испытаний каждой конкретной конструкции системы удаления пыли.
В данной работе авторами проиллюстрировано моделирование эжекционного отсоса пы-
ли выхлопными газами в специализированном пакете, проведено сравнение результатов моделирования с натурным экспериментом. Путем пошаговой оптимизации методом последовательных приближений, на основе анализа конструкции подобраны геометрические параметры эжектора, обеспечивающие оптимальный отсос пыли при допустимой величине противодавления системы выхлопных газов двигателя.
Методика исследования. Исследование системы эжекционного удаления пыли, установленной в систему выпуска выхлопных газов, из предочистителя воздушного фильтра проводилась на базе зерноуборочного комбайна КЗС-10К, выпускаемого ОАО «Гомсельмаш», с двигателем ЯМЗ-236БЕ2-28. Потребность в расчете эжекционного отсоса возникла в связи с применением глушителя другой конфигурации, что привело к снижению эффективности пылеудаления.
Для исследования системы удаления пыли и поисков путей решения возникшей научно-технической проблемы было проведено моделирование эжекционного отсоса воздуха из предочистителя воздухоочистителя эжектором, установленным в глушителе двигателя.
Для расчета использовалась система вычислительной гидрогазодинамики с использованием метода конечных объемов для численного решения дифференциальных уравнений Навье-Стокса, описывающих движение текучей среды.
Для того чтобы в процессе моделирования эжекционного отсоса пыли при подборе параметров эжектора учесть рост противодавления системы выпуска выхлопных газов, граничное условие входа проточной области необходимо описать как массовый расход, а на границе выхода должно быть задано давление. Од-
нако заводом-изготовителем двигателя информация по массовому расходу выхлопных газов не всегда предоставляется. И для случая, когда определить массовый расход не предоставляется возможным, предлагаем провести замеры давлений и температур выхлопных газов в системе выпуска, на основании которых выполнить моделирование и определить массовый расход, соответствующий замеренным результатам.
На рисунке 1 показан эскиз системы выпуска выхлопных газов с указанием расположения мест экспериментальных измерений. Замеры проводились при полной загрузке двигателя, которая обеспечивалась нагружательным стендом. Для большей достоверности результатов и верификации модели замеры проводились при открытом и закрытом патрубке подачи инжектируемого потока.
В качестве модели турбулентного течения, как наиболее подходящей для решения реальных инженерных задач, выбрана к-в модель с двумя дифференциальными уравнениями: кинетической энергии турбулентности и транспорта диссипации турбулентности. Данная модель довольно стабильна и во многих случаях предлагает хороший компромисс с точки зрения точности и надежности [9].
Для учета сжимаемости рабочей среды и решения уравнений теплопереноса в процессе численного решения была включена модель теплопереноса.
На вход в проточную область подается смесь газов по составу близкая к выхлопным газам дизельных двигателей (С02-10%, Н2О (пары)-5%, О2-10%, N2-75%), с плотностью 1,2 кг/м3 при температуре 20 °С.
1 - глушитель; 2 - эжекторное устройство Рисунок 1 - Эскиз системы выпуска выхлопных газов
По наружным стенкам проточной области, контактирующим с окружающей средой, описаны граничные условия соответствующие стальной стенке толщиной 2 мм с ее температурой 17 °С. По внутренним стенкам проточной области, контактирующей с выхлопными газами, описаны граничные условия с теплопереносом, соответствующие стальной стенке толщиной 2 мм.
Атмосферное давление, согласно проведенным замерам, 100 Па.
На границе выхода из расчетной области относительное давление р = 0 Па.
На основе геометрической 3D модели проточной области построена конечно-элементная сетка (рисунок 2). Для уменьшения количества элементов сетки и соответственно ускорения расчета были применены полиэдрические элементы. Для получения более качественной картины течения около стенок построен призматический пограничный слой [10].
Рисунок 2 - Конечно-элементная сетка
Результаты исследования и их обсуждение. После экспериментальных замеров полного давления в точках A, B, 0, D и температуры в точках B, C (см. рисунок 1) выхлопных газов было проведено моделирование системы выпуска при тех же условиях при открытом и закрытом патрубке инжектируемого потока. Стоит обратить внимание, что результаты замеров в точке C использовались в качестве входных величин при предварительном моделировании для определения массового расхода
выхлопных газов. Величина полного давления, замеренная в точке D, непосредственно после выпускного коллектора, соответствует противодавлению, создаваемому системой выпуска выхлопных газов. В таблице 1 приведены данные экспериментальных измерений и результаты моделирования системы выпуска выхлопных газов с эжекторным устройством. Величины замеренных значений соответствуют средним показателям, полученным после проведения серии из трех опытов.
Таблица 1 - Результаты экспериментальных замеров и моделирования
Параметр Точка замера
т. А т. В т. 0 т. D
С открытым патрубком (экспериментальные замеры)
Полное относительное давление, Па 3180 3260 6310 -
Статическое относительное давление, Па - - - 8040
Температура, °0 - 312 335 -
С закрытым патрубком (экспериментальные замеры)
Полное относительное давление, Па -4890 2230 5510 -
Статическое относительное давление, Па - - - 7350
Температура, °0 - 310 340 -
С открытым патрубком (результаты моделирования)
Полное относительное давление, Па 2975 3150 6170 -
Температура, °0 340 325 335 -
С закрытым патрубком (результаты моделирования)
Полное относительное давление, Па -5370 2450 5645 -
Температура, °0 - 318 340 -
На рисунках 3 и 4 представлены поля распределения полного давления и скоростей
газового потока по средней вертикальной плоскости расчетной области.
а - поля распределения полного давления; б - поля распределения скоростей Рисунок 3 - Результаты моделирования системы с открытым патрубком
■7131 -5802 -4473 -3143 -1814 -485 845 2174 3503 4833 6162
О 8 17 25 33 42 50 58 66 75 83 91 100 108 116 125 133 141 149 158 166
Г т/5 1 ^-
б
а - поля распределения полного давления; б - поля распределения скоростей Рисунок 4 - Результаты моделирования системы с закрытым патрубком
Как видно из таблицы 1, расхождение в результатах замеров и численного моделирования не превышает 7%, что находится в пределах допустимой погрешности. По результатам экспериментальных замеров противодавление системы выпуска выхлопных газов составляет 8040 Па, что согласно ТУ 37.319.270-96 на двигатель не превышает допустимого значения 10 кПа. Опыт эксплуатации зерноуборочных комбайнов и стендовые испытания показали, что минимальное разряжение при закрытом патрубке для эффективного удаления пыли из предочистителя должно составлять не менее 8000 Па. Величина замеренного и рассчитанного разряжения значительно меньше минимального рекомендуемого значения.
После анализа полученных результатов с использованием пошаговой оптимизации методом последовательных приближений с учетом технологических возможностей были подобраны геометрические параметры конструкции эжекторного устройства, отвечающие перечисленным выше требованиям. На этапе оптимизации граничное условие входа описывалось как массовый расход, значение которого получено по результатам предварительного моделирования и составило 0,43 кг/с.
В таблице 2 представлены результаты экспериментальных замеров и численного моделирования оптимизированной системы удаления пыли при закрытом патрубке.
Таблица 2 - Результаты экспериментальных замеров и моделирования
Параметр Точка замера
т. A т. B т. C т. D
Результаты экспериментальных заме ров
Полное относительное давление, Па -7980 3010 6090 -
Статическое относительное давление, Па - - - 8280
Результаты моделирования
Полное относительное давление, Па -8100 3200 6280 -
На рисунке 5 представлены поля распре- четной области для оптимизированной конст-деления полного давления и скоростей газового рукции эжекторного устройства при закрытом потока по средней вертикальной плоскости рас- патрубке.
а - поля распределения полного давления; б - поля распределения скоростей Рисунок 5 - Результаты моделирования оптимизированной конструкции эжектора
Как видно из таблицы 2, результаты экспериментальных замеров и моделирования согласуются между собой с достаточной точностью. Оптимизированная конструкция эжектор-ного устройства обеспечила необходимое разряжение в патрубке отсоса пыли, по экспериментальным замерам 7080 Па. Противодавление системы выпуска выхлопных газов при этом повысилось на 930 Па, что с учетом имевшегося запаса не превышает допустимого значения. Проведенные стендовые испытания с подачей пыли в предочиститель воздушного фильтра также подтвердили эффективность пылеудаления оптимизированной конструкцией, забивание предочистителя не происходило.
Заключение. Разработана методика, которая позволяет проводить моделирование процесса эжекционного отсоса пыли выхлопными газами посредством эжектора, установленного в глушителе двигателя самоходной уборочной сельскохозяйственной машины. Поскольку при моделировании используется реальная 3D геометрия изделий, результаты расчетов хорошо согласуются с экспериментальными данными. Проведенные сравнения результатов моделирования и результатов экспериментальных измерений показали, что расхождения не превышают 7%.
Приведенный подход позволяет осуществить выбор оптимальной конструкции эжектора на этапе проектирования, которая обеспечивает эффективность эжекционного отсоса пыли выхлопными газами из предочистителя воздушного фильтра двигателя без ухудшения условий его работы.
Приведенная методика внедрена и успешно используется на ОАО «Гомсельмаш» при проектировании самоходных сельскохозяйственных уборочных машин.
Литература
1. Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей / В.П. Алексеев, В.Ф. Воронин, Л.В. Грехов и др. - М.: Машиностроение, 1980. - 288 с.
2. Тимошенко, Н.С. Моделирование вытяжного воздуховода для дуговых сталеплавильных печей / Н.С. Тимошенко, А.Н. Семко // Современная наука: сборник научных статей (Украина). - 2012. - № 2 (10). - С. 10-15.
3. Соколов, Е.Я. Струйные аппараты / Е.Я. Соколов, Н.М. Зингер. - М.: Энергоиздат, 1989. - 352 с.
4. Исследование струйного эжектора удаления пыли из воздухоочистителя выхлопными газами в транспортном дизеле / С.А. Алехин, В.С. Васильев,
В.П. Герасименко, В.А. Опалев // Авиационно-космическая техника и технологии. - 2009. - № 8 (65). - С. 96-101.
5. К вопросу выбора эжектора системы очистки воздуха танков с двухтактными двигателями / В.Ф. Климов, Л.К.-А. Магерамов, В.В. Михайлов,
A.А. Шипулин // Интегрированные технологии и энергосбережение. - 2014. - № 3. - С. 125-129.
6. Успенский, В.А. Струйные вакуумные насосы /
B.А. Успенский, Ю.М. Кузнецов. - М.: Машиностроение, 1973. - 144 с.
7. Прикладная газодинамика / Б.И. Каторгин, А.С. Киселев, Л.Е. Стернин, В.К. Чванов. - М.: Вузовская книга, 2009. - 340 с.
8. Sankar, Lakshmi N. Three-Dimensional Navier-Stokes Full-Potantial Coupled Analysis for Viscous Transonic Flow // AIAA Journal. - October 1993. - V. 31 (10). -P. 1857-1864.
9. Wilcox, David C. Turbulence Modeling for CFD / David. C. Wilcox // DCW Industries, 2006. - P. 287.
10. Kallinderis, Y. Prismatic Grid Generation for Three-Dimensional Complex Geometries // AIAA Journal. -October 1993. - V. 31 (10). - P. 1850-1856.
References
1. Alekseev V.P., Voronin V.F., Grekhov L.V. i dr. Dvigateli vnutrennego sgoraniya. Ustroystvo i rabota porshnevykh i kombinirovannykh dvigateley [Internal combustion engines. Device and operation of piston and combined engines], M., Mashinostroenie, 1980, 288 p.
2. Timoshenko N.S., Semko A.N. Modelirovanie vytyazhnogo vozdukhovoda dlya dugovykh staleplavilnykh pechey [An exhaust air duct modeling for arc steel melting furnaces], Sovremennaya nauka: sbornik nauchnykh statey (Ukraina), 2012, No 2 (10), pp. 10-15.
3. Sokolov E.Ya., Zinger N.M. Struynye apparaty [Jet apparatuses], M., Energoizdat, 1989, 352 p.
4. Alekhin S.A., Vasil'ev V.S., Gerasimenko V.P., Opalev V.A. Issledovanie struynogo ezhektora udaleniya pyli iz vozdukhoochistitelya vykhlopnymi gazami v transportnom dizele [Research of dust removal jet ejector from an air cleaner with exhaust gases in the transport diesel], Aviatsionno-kosmicheskaya tekhnika i tekhnologii, 2009, No 8 (65), pp. 96-101.
5. Klimov V.F., Mageramov L.K.-A., Mikhaylov V.V., Shipulin A.A. K voprosu vybora ezhektora sistemy ochistki vozdukha tankov s dvukhtaktnymi dvigatelyami [To a choice question of air purification tanks with two-cycle engines in ejector system], Integrirovannye tekhnologii i energosbere-zhenie, 2014, No 3, pp. 125-129.
6. Uspenskiy V.A., Kuznetsov Yu.M. Struynye va-kuumnye nasosy [Jet vacuum pumps], M., Mashinostroenie, 1973, 144 p.
7. Katorgin B.I., Kiselev A.S., Sternin L.E., Chva-nov V.K. Prikladnaya gazodinamika [Application gasdynam-ics], M., Vuzovskaya kniga, 2009, 340 p.
8. Sankar Lakshmi N. Three-Dimensional Navier-Stokes Full-Potantial Coupled Analysis for Viscous Transonic Flow, AIAA Journal, October 1993, V. 31(10), pp. 1857-1864.
9. Wilcox David C. Turbulence Modeling for CFD, DCW Industries, 2006, pp. 287.
10. Kallinderis Y. Prismatic Grid Generation for Three-Dimensional Complex Geometries, AIAA Journal, October 1993, V. 31(10), pp. 1850-1856.
Сведения об авторах
Калиновский Александр Алексеевич - магистр технических наук, инженер-конструктор 1-й кат. конструкторско-исследовательского отдела динамики прочности, аналитической надежности (КИОДПАН), Научно-технический центр комбайностроения (НТЦК) ОАО «Гомсельмаш» (г. Гомель, Республика Беларусь). Тел.: 8 (232) 59-31-58. E-mail: [email protected].
Чупрынин Юрий Вячеславович - кандидат технических наук, заведающий конструкторско-исследовательским отделом динамики прочности, аналитической надежности (КИОДПАН), Научно-технический центр комбайностроения (НТЦК) ОАО «Гомсельмаш» (г. Гомель, Республика Беларусь). Тел.: 8 (232) 59-31-58. E-mail: [email protected].
Новиков Александр Александрович - заместитель генерального директора по техническим вопросам - главный инженер, ОАО «Гомсельмаш» (г. Гомель, Республика Беларусь). Тел.: 8 (232) 63-20-40.
Information about the authors
Kalinouski Alexander Alekseevich - Master of Technical Science, 1 cat. design-engineer of the Design-engineering dynamics durability research department, analytical reliability, Scientific and Technical Harvester Centre (STHC) OJSC «Gom-selmash» (Gomel, Republic of Belarus). Phone: 8 (232) 59-31-58. E-mail: [email protected].
Chuprynin Yury Vyacheslavovich - Candidate of Technical Science, head of the Design-engineering dynamics durability research department, analytical reliability, Scientific and Technical Harvester Centre (STHC) OJSC «Gomselmash» (Gomel, Republic of Belarus). Phone: 8 (232) 59-31-58. E-mail: [email protected].
Novikov Alexander Alexandrovich - deputy general director on technical issues - principal engineer, OJSC «Gomselmash» (Gomel, Republic of Belarus). Phone: 8 (232) 63-20-40.
УДК 631.35
ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ МЕХАНИЗМА ПОДЪЁМА КАПОТА КОСИЛКИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ГАЗОВЫХ ПРУЖИН
© 2018г. Д.В. Джасов, Д.Н. Иванов, А.С. Шантыко
В работе рассматривается один из методов проектирования и оптимизации механизмов подъема на примере капота косилки самоходной на гусеничном ходу, выпускаемой ОАО «Гомсельмаш». Рассматривается механизм подъема капота с использованием газовых пружин. Такие механизмы, в процессе эксплуатации или обслуживания машин механизатором, позволяют снизить усилие на рукоятке при переводе его из одного положения в другое до комфортной величины. Для этого создана математическая модель рычажного механизма, выполненная с использованием векторного способа описания рычажных механизмов, выполнен силовой анализ и расчет характеристики открывания. При формировании характеристики изменения уравновешивающей силы на рукоятке капота учтена реальная сила на газовой пружине с учетом гистерезиса. Предложены критерии подбора параметров механизма открывания, использование которых обеспечивает оптимальное проектирование. По результатам исследования выявлено, что жесткость самого капота и мест установки пружины на раме оказывает большое влияние на характеристику изменения уравновешивающей силы на рукоятке капота кроме сил трения и гистерезиса самой пружины. В пределах упругой деформации элементов крепления газовых пружин происходит изменение плеча силы действия газовой пружины. В случае установки газовых пружин с использованием малых плеч это приводит к значительному изменению конечной характеристики изменения силы на рукоятке. Увеличение жесткости элементов конструкции не всегда рационально, так как ведет к увеличению материалоемкости изделия. В связи с вышесказанным на этапе проектирования предлагается оценивать влияние жесткости конструкции капота и элементов крепления газовых пружин на расчетную характеристику уравновешивания и при необходимости корректировать расположение газовых пружин с учетом деформаций всей конструкции.
Ключевые слова: капот, механизм открывания, газовая пружина, результирующая сила, жесткость, критерии подбора.
One of the designing and lifting mechanisms optimization methods on an instance of the self-moving crawler-mounted mower bonnet, released by OJSC «Gomselmash» is in this paper observed. The lifting bonnet with using of gas springs mechanism is observed. Such mechanisms, on-stream or harvesters maintenances by the machine operator, allow to lower force on the handle at transferring it from one position in another to comfortable value. The lever mechanism mathematical model, executed with vector way lever mechanisms description using is for this purpose created, the power analysis and the characteristic calculation of opening is made. At equilibrant force change characteristic formation on the bonnet handle real force on a gas spring taking into a hysteresis account is considered. The opening mechanism parameters selection criteria which using provides optimal design are offered. By findings of investigation it is revealed, that the bonnet itself rigidity and spring setting points on a frame makes a big impact on the characteristic of equilibrant force change on the bonnet handle, except frictional force and a hysteresis of the spring itself. Within an elastic deformation of gas springs fastening elements there is a gas spring acting moment arm change. In case of gas springs with small arms using installation it leads to the considerable final characteristic change of force change on the handle. Constructional elements hardening are not always rationally as conducts to product consumption
