CC BY
12
А.И. Пильников. № 2012121035; заявл. 22.05.12.; опубл. 20.12.12., Бюл. №35.
2 Попов И.П., Чарыков В.И., Пильников А.И. Об электромеханических
характеристиках среднеходовой линейной электрической машины //Вестник НГАУ. 2012. № 4(25). С. 94-100.
3 Попов И.П., Чарыков В.И., Пильников А.И. К вопросу определения
статических тяговых характеристик стержневой линейной электрической машины //Вестник КрасГАУ. 2012. № 7(70). С. 131-136.
УДК 631.3.004.67:620.179.18
С.Г. Тютрин
Курганский государственный университет
НАГРУЖЕННОСТЬ КРОНШТЕЙНА КОЛЕБАТЕЛЯ ЖАТКИ «ПОЛЕСЬЕ-600»
Аннотация. С помощью методов сопротивления материалов проведен расчет на прочность и жесткость кронштейна колебателя жатки самоходного комбайна. Полученные результаты подтверждены экспериментом. Показана обоснованность требований инструкции по эксплуатации к погрешностям монтажа деталей жатки.
Ключевые слова: расчет на прочность и жесткость, жатка.
S.G. Tyutrin
Kurgan State University
LOAD CONDITION OF THE OSCILLATOR CORBEL IN «POLESIE-600» REAPING MACHINE
Abstract. Material resistance methods were used for stress and stiffness calculation for the oscillator corbel in a self-propelled combine reaper. The results are verified by experiment. The research validates the requirements of the operating manual regarding the assembly errors in the reaping-machine elements.
Index terms: stress and stiffness calculations, reaping machine.
ВВЕДЕНИЕ
Задача оценки нагруженности кронштейна колебателя в приводе режущего аппарата жатки для трав КГС-0200000 комбайна кормоуборочного самоходного КСК-600 «Полесье-600» и аналогичных по конструкции жаток комбайнов КПС-5Б и КСК-100А была поставлена автору специалистами ремонтной службы сельскохозяйственного предприятия «Калуга-Соловьёвское» Челябинской области. Было указано на низкую долговечность данного кронштейна на двух из трёх используемых в хозяйстве комбайнах, что влечёт за собой большой расход запасных частей, повышенные затраты на ремонт, а также потери от вынужденных простоев при поломках. Предпринятые в хозяйстве попытки обеспечить необходимую долговечность кронштейна путём повышения его прочности (за счёт увеличения его толщины) не только не дали ожидаемого результата, но и привели к разрушению других деталей кинематической цепи режущего аппарата. Таким образом, задача расчёта нагруженности данного кронштейна имела не только практический, но и теоретический интерес.
В результате изучения данной проблемы нами отмечено [1], что конструкция привода режущего аппарата жатки для трав КГС-0200000 является довольно слож-
ной и весьма интересной. Перемещение привода ножа (левого и правого) осуществляется от вала КПП 0231000-01 через вал карданный телескопический ЖВФ 0970010, вал привода КГС 0232000, колебатель КИС 0216030Б, вилку КИС 0216304Б и тягу КИС 0216301Б. При этом кронштейн разрушается вследствие циклических изгибов, вызванных осевыми перемещениями колебателя.
Установлено, что первопричина этих разрушений кроется в недостаточной ясности используемых терминов и приведенных схем инструкции по эксплуатации. Представлены [1] скорректированные схемы установки крестовины на вале привода и её регулировки с помощью набора регулировочных прокладок.
1 Определение прогиба кронштейна с помощью интеграла О. Мора
Эскиз кронштейна представлен на рисунке 1, где указанные размеры получены по результатам замеров приобретённых запасных частей.
Рисунок 1 - Кронштейн
На рисунке 2 показана расчетная схема, принятая для определения прогиба кронштейна с помощью интеграла О. Мора. В данной схеме действующая нагрузка представлена сосредоточенной силой р , направленной по центру отверстия Ш106 мм для колебателя и его подшипника, а реальная передача нагрузки (через накладки) учтена путём значительного увеличения жёсткости второго участка по сравнению с первым:
{ejно )// >> {ejно )/
Рисунок 2 - Расчетная схема кронштейна
Тогда исходная формула интеграла О. Мора [2] сводится к сумме двух интегралов:
^J^M^M^dx <kQ{x)Q\x)dx
и Gr
: 52,18 МПа, а при толщине /-/ = 0,005 м из выра-
EJ
но
о
GF
(1)
где , ~ изгибающий момент и попереч-
ная сила в текущем сечении с координатой х, вызванные действующей силой Р,
МУ(х), ()\Х) - изгибающий момент и поперечная
сила в текущем сечении с координатой х, вызванные единичной безразмерной силой, приложенной вместо силы Р
к - коэффициент, который для случая прямоуголь-
ного поперечного сечения равен
кл.
5
0 5GB(x)H
а с учетом равенства В(х)=0,4х+0,182 (м) имеем
12Р % (;x + bfdx 6Р | dx EH310,4х + ОД 82 + 5GH { 0,4х + 0,182 ■ <2>
В результате интегрирования выражения (2) при значениях а=Ь=0,0625 м находим:
у = ОД 735544 Ю"12 + 5,014757 • 10"12 (м). (3)
н н
При толщине кронштейна Н=0,0025 м из (3) получаем
у = 0,000011109Р (м), (4)
откуда следует, что при допускаемой [3] величине у = 0,0005 м величина силы составляет Р = 45 Н, а макси-мальные изгибные напряжения в кронштейне ^шах = 26,09 МПа.
При толщине кронштейна Н = 0,005 м из выражения (3) получаем
у = 0,0000013894p и, (5)
откуда следует, что при допускаемой [3] величине у = 0,0005 м величина силы составляет Р=360 Н, а максимальные изгибные напряжения в кронштейне
^тах=52.15МПа-
Таким образом, увеличение толщины кронштейна в 2 раза привело к двукратному возрастанию изгибных напряжений в нём и к многократному увеличению усилия в кинематической цепи.
Это происходит и при выходе величины биения за допускаемое значение. Так, при величине у = 0,001 м и толщине Н = 0,0025 м из выражения (4) получаем Р = 90 Н
жения (5) имеем Р = 720 Н и атах = 104,3 МПа. Полученные расчетные формулы (3)-(5) наглядно показывают, почему применённое в хозяйстве утолщение кронштейна не привело к увеличению его долговечности, а вызывало поломки других деталей кинематической схемы.
2 Экспериментальное определение прогиба кронштейна
Результаты расчётов были подтверждены экспериментально. Для этого (рисунок 3) на столе 1 фрезерного станка устанавливались магнитный штатив 2 с индикатором 3 часового типа и испытуемый кронштейн 4. Испытуемый кронштейн 4 с помощью болтов закреплялся кон-сольно на столе 1 с использованием прокладок 5, в качестве которых были взяты два имевшихся в запасе кронштейна. Накладки 6 и 7 усиливали конструкцию, имитируя крепления подшипника, и служили для центрирования приложенной нагрузки 8.
Е,(} - упругие постоянные материала, которые для стали приняты равными Е=2Ю11 Па и 6=7,7-1010 Па;
^НО> ^ ~ момент инерции относительно нейтральной оси и площадь текущего поперечного сечения с координатой х.
Обозначив толщину текущего поперечного сечения кронштейна через Н, а его ширину - через В(х), из выражения (1) получаем
_|12 Р(х + Ь)2сЪс | 6Рс1х
^ ' 77Т)
0 ЬВ(х)М
1 - стол; 2 - штатив магнитный; 3 - индикатор ИЧ-10;
4 - кронштейн; 5 - прокладка; б - накладка нижняя;
7 - накладка верхняя; 8 - разновесы Рисунок 3 - Экспериментальное определение прогиба кронштейна
В результате нагружения кронштейна расчетной нагрузкой 45 Н прогиб составил 0,53 мм. При нагружении кронштейна силой 90 Н прогиб получен равным 1,09 мм. Таким образом, расхождение с расчётными данными составило, соответственно, 6% и 9%, что можно считать вполне удовлетворительным. Некоторое повышение величины прогиба, полученное в ходе эксперимента по сравнению с расчётными данными, можно объяснить неабсолютной жёсткостью реального закрепления, наличием контактных деформаций в защемлении, нарушением гипотезы плоских сечений вследствие наличия концентраторов и переменной ширины кронштейна.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Полученные расчетные формулы наглядно показывают, что увеличение толщины кронштейна колебателя жатки приводит к возрастанию возникающих в нём напряжений и усилий в кинематической цепи. Это обусловлено жёстким режимом нагружения колебателя.
Установленные в инструкции по эксплуатации кор-
18
ВЕСТНИК КГУ, 2014. № 2
моуборочного самоходного комбайна «Полесье-600» допуски на погрешности монтажа узла колебателя [3] являются обоснованными, их нарушение приводит к резкому сокращению долговечности его деталей.
Список литературы
1 Тютрин С.Г., Манило И.И., Городских А.А., Герасимов С.В.
Уточнение кинематики колебателя жатки КСК-600 для повышения качества её ремонта // Вестник Курганской ГСХА. 2013. № 4 (8). С. 114-115.
2 Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. М.: Изд-во МГТУ им.
Н.Э. Баумана, 2010. 590 с.
3 Комбайн кормоуборочный самоходный КСК-600 «Полесье-600»:
инструкция по эксплуатации. Брянск: ЗАО СП «Брянсксельмаш», 2006. С. 140-144.
УДК 621.9.06.82
В.А. Савельев, А.А. Зуев, О.Н. Крохмаль, Е.Д. Стражков
Курганский государственный университет
МОДЕРНИЗАЦИЯ СТЕНДА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА
Аннотация. В статье предложена модернизация стенда для испытания центробежного насоса с целью расширения возможностей выполнения лабораторно-практических работ по снятию рабочих характеристик центробежного насоса К50-32-125.
Ключевые слова: насос, модернизация, давление, расход, рабочая характеристика.
V.A. Savelyev, A.A. Zuev, O.N. Krokhmal, E.D. Strazhkov Kurgan State University
MODERNIZATION OF THE SET FOR TESTING A ROTARY PUMP
Abstract. Modernization of the set for testing a rotary pump is proposed. The modernization was made for improving the possibilities of taking the pump's operating characteristic. The pump is К50-32-125.
Index terms: pump, modernization, pressure, consumption, operating characteristic.
Для ознакомления студентов технических специальностей с устройством и работой гидравлических машин в курсе гидравлики, гидромашин и гидропривода предусмотрено выполнение лабораторно-практической работы по испытанию насосной установки с центробежным насосом в лаборатории гидравлики. Исследование проводилось на стенде оборотного водоснабжения (рисунок 1).
Из питающего резервуара, расположенного ниже уровня пола лаборатории гидравлики, вода перекачивалась центробежным насосом в мерный бак, а затем сливалась обратно в питающий резервуар. При испытании контролировалось давление на входе и выходе из насоса, расход жидкости в трубопроводе и расход электроэнергии из сети.
Такая схема имела ряд существенных недостатков:
1 Сложность запуска насоса из-за отсутствия наполнительного бака.
2 Неудобство контроля за расходом жидкости (длительное время проведения испытаний).
3 Наличие в лаборатории открытого водоема с большим количеством жидкости глубиной до 2 метров (высокая влажность воздуха в лаборатории и вероятность травмирования студентов при проведении опытов).
4 Невозможность имитировать раздачу жидкости нескольким потребителям.
Нами была предложена и реализована схема установки (рисунок 2), лишенная указанных недостатков.
1 - питающий резервуар, 2 - всасывающий трубопровод,
3 - напорный трубопровод, 4 - приемный резервуар, 5 - сливной трубопровод, И - центробежный насос, Ру -вакуумметр, Рм - манометр, Т - термометр, В - вентиль Рисунок 1 - Схема установки до модернизации
И - центробежный насос, М - электродвигатель, № - ваттметр, Ру - вакуумметр, Рм - манометр, Т - термометр, В - вентиль, Р - расходомер, СБ - сливные баки Рисунок 2 - Схема установки после модернизации
В предложенной схеме питающий резервуар объемом 2,42 м3 заменен сливными баками с объемом воды 0,125 м3 каждый, которые также являются наполнительными баками. Контроль расхода воды осуществляется расходомерами СВ-15х. Время прохождения через трубопровод данного объема воды определяется по секундомеру. Производительность насоса рассчитывается суммированием расходов в каждой параллельной ветви трубопровода, которая может задаваться в различных вариантах по указанию преподавателя.
Полный напор, развиваемый насосом, определяется как разность напоров на выходе и входе из него по показаниям манометра и вакуумметра на основе уравнения Бернулли:
И=(22-21)+(Рм-Рв)/р д+(^0/2д, где Z2-Z1 - разность высот установки манометра и вакуумметра;
Рм - избыточное давление на выходе из насоса; Рв - вакуумметрическое давление на входе в насос; VI, ^ - средние скорости течения жидкости во всасывающем и напорном трубопроводах (вычисляются по результатам расчета расхода); р - плотность жидкости.
Мощность, переданная насосом жидкости, вычисляется по формуле: Мп= ряОИ ,
где О - суммарный расход жидкости по схеме испытаний;
Н - напор, вычисляемый по уравнению (1); % - ускорение свободного падения. Электрическая мощность определяется по показаниям ваттметра.
