CC BY
7
7. Селиванов Н.И. Рациональное использование энергонасыщенных колесных тракторов в технологиях почвообработки / Н.И. Селиванов,
B.Н. Макеева // Вестник Красноярского ГАУ. -2017. - № 3. - С. 58-65.
8. Селиванов Н.И. Технологическая адаптация колесных тракторов / Н.И. Селиванов ; Крас-нояр. гос. ун-т. - Красноярск, 2017. - 216 с.
9. Селиванов Н.И. Эксплуатационные параметры колесных тракторов высокой мощности / Н.И. Селиванов // Вестник Красноярского ГАУ. -2014. - № 3. - С. 176-184.
10. Селиванов Н.И. Адаптация параметров колесного трактора к зональным технологиям поч-вообработки / Н.И. Селиванов, С.Ю. Журавлев // Вестник Красноярского ГАУ. - 2018. - № 4. -
C. 116-120.
8. Selivanov N.I. Tehnologicheskaya adaptat-siya kolesnyih traktorov / N.I. Selivanov ; Krasnoyar. gos. un-t. - Krasnoyarsk, 2017. - 216 s.
9. Selivanov N.I. Ekspluatatsionnyie parametryi kolesnyih traktorov vyisokoy moschnosti / N.I. Selivanov // Vestnik Krasnoyarskogo GAU. - 2014. - № 3. -S. 176-184.
10. Selivanov N.I. Adaptatsiya parametrov ko-lesnogo traktora k zonalnyim tehnologiyam pochvoo-brabotki / N.I. Selivanov, S.Yu. Zhuravlev // Vestnik Krasnoyarskogo GAU. - 2018. - № 4. - S. 116-120.
Журавлев С.Ю., канд. техн. наук, доцент, Красноярский ГАУ, suj61@mail.ru.
Zhuravlev S.Y., Cand. Tech. Sci., Ass. Prof., Krasnoyarsk SAU, suj61@mail.ru.
УДК 62-585.13
А.А. ЛУЧИНОВИЧ, Г.В. РЕДРЕЕВ, А Н. СОРОКИН, В.Д. ЧЕРВЕНЧУК
Омский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина, Омск
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ КИНЕМАТИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ВКЛЮЧЕНИЯ ВАЛА ОТБОРА МОЩНОСТИ
Эффективность использования тракторных агрегатов с активными рабочими органами зависит от функционирования вала отбора мощности трактора. Среди парка колесных тракторов, занятых в растениеводстве, основной объем занимают тракторы производства Минского тракторного завода. В подавляющем большинстве случаев вал отбора мощности представляет планетарный редуктор. Включение вала отбора мощности проводится торможением барабана, соединенного с солнечной шестерней. Торможение осуществляется лентой с фрикционными накладками. Ввиду особенностей конструкции механизма включения торможение барабана происходит неравномерно, приводя к увеличению числа оборотов барабана за время включения. Вследствие этого существенно изнашиваются фрикционные накладки ленты. Так как контроль состояния тормозной ленты не осуществляется, регулярное пробуксовывание барабана включения значительно сокращает срок службы ленты. Для его увеличения и повышения эффективности использования вала отбора мощности предлагается для включения привода применить электромагниты, прижимающие ленту к барабану. Использование нескольких электромагнитов с определенной последовательностью их включения позволяет добиться снижения углового перемещения барабана за то же время включения. Разработана математическая модель, описывающая процесс вращения барабана за время торможения. Учитываются мощность на привод сельхозмашины, частота вращения выходного вала, свойства фрикционной накладки тормозной ленты, время торможения. Использование оптимальных параметров электромагнитного устройства включения вала отбора мощности позволит исключить операцию регулировки тормозной ленты, значительно увеличить ее фактический срок службы, осуществлять постоянный контроль технического состояния ленты и прогнозировать ее остаточный ресурс.
Ключевые слова: вал отбора мощности (ВОМ), механизм включения, микропроцессорное устройство, электрический привод.
© Лучинович А.А., Редреев Г.В., Сорокин А.Н., Червенчук В. Д., 2019
Введение
В отечественном агропромышленном комплексе широко используются агрегаты и машины с активными рабочими органами, механическая энергия к которым подводится через вал отбора мощности (ВОМ). В частности, на тракторах производства Минского тракторного завода такой ВОМ представляет планетарный механизм, солнечная шестерня которого соединена с барабаном включения. При торможении этого барабана планетарный механизм через водило передает крутящий момент на вал рабочего органа. Торможение барабана осуществляется механическим приводом натяжения тормозной ленты; лента прижимается к поверхности барабана и тормозит его.
При эксплуатации такого ВОМ возникают трудности, связанные с быстрым износом фрикционного слоя тормозной ленты, технологией замены ленты на новую. Контроль над состоянием фрикционной ленты и регулирование механизма управления регулировочными винтами из-за конструктивных особенностей ВОМ также затруднены. Поэтому данную регулировку часто проводят несвоевременно, что приводит к быстрому износу фрикционного слоя тормозной ленты.
Устранить эти трудности возможно, если существенно доработать механизм торможения барабана включения ВОМ. Если вместо механического привода прижатия фрикционной ленты к барабану применить электромагнитное устройство, прижимающее ленту к барабану сразу в нескольких точках и не одновременно, а со сдвигом по времени, это улучшит прилегание ленты к барабану включения, а возможность регулирования силы прижатия ленты посредством изменения силы тока в обмотках электромагнитов позволит задать наиболее оптимальный (с точки зрения уменьшения износа фрикционного слоя тормозной ленты) закон изменения этой силы [1-3]. Для исследования аналогичных по назначению тормозных устройств применялись различные динамические модели, описывающие процесс торможения быстровращающихся валов [4].
Материалы и методы
Закон изменения силы прижатия тормозной ленты к барабану включения можно определить по второму закону Ньютона и кривой торможения барабана включения как функции a>{t) от времени t, где СО - угловая скорости вращения барабана [5-6]. В этом случае момент торможения
Mmp=J^ + MM=FmpR, Н-м, (1)
где j = mR - момент инерции барабана включения относительно его оси вращения;
2
M м - момент силы сопротивления механизма, жестко связанного с барабаном включения, который в данном случае можно считать величиной постоянной; R - его радиус, м; т - его масса, кг; Fmp - f • Fnp - сила трения между лентой и барабаном включения, Н;
Fnp - сила прижатия ленты к барабану включения, Н; f - коэффициент трения между фрикционной накладкой ленты и барабаном включения [7-8].
В выражении (1) вместо величин Fmp и J подставим соответствующие им значения и разрешим полученное уравнение относительно силы прижатия ленты. Получим [9]
F = м м | mR dm н (2)
пр fR 2/ dt '
Барабан включения тормозится до полной остановки за достаточно короткое время 2-5 с. За этот короткий интервал можно считать, что коэффициент трения f = const. Таким образом, закон изменения силы прижатия ленты к барабану в течение
скорости вращения барабана. Кривые Р (/) и полностью совпадают по форме и отли-
М м
одного цикла включения прямо пропорционален замедлению (производной по времени)
с! со &
чаются лишь масштабом и сдвигом по оси ординат силы на постоянную величину
Эти кривые определяются кривой со(1), от ее формы зависит тормозной путь. Длина этого пути, измеренная в радианах, будет равна [10]
(р = \т(г)йг, рад. (3)
0
Следовательно, с помощью электромагнитов можно задать соответствующую функцию силы прижатия Fпр (7), обеспечивающую такую длину тормозного пути, которая бы давала наименьший износ фрикционного слоя. При линейном уменьшении угловой скорости <у(/) (прямая 1 на рис. 1) от некоторой начальной скорости барабана включения до нуля тормозной путь равен площади треугольника АО &>о т, т.е.
1
(Рл=-(0рад. (4)
Рис. 1. Кривые уменьшения скорости со(() '. 1 - по прямой; 2 - по гиперболе; 3 - по параболе
При гиперболическом законе уменьшения са(г) (кривая 2 на рис. 1) тормозной путь (площадь криволинейной трапеции под кривой 2) будет <рг <<рл, а при параболическом (кривая 3 на рис. 1), наоборот, >(рл-
Результаты исследования
а>1 А
Рассмотрим случай гиперболического закона уменьшения (у(^). Пусть — =-,
со о 1\ / т
где А - некоторый постоянный коэффициент, задаваемый произвольно. Оси координат (0\ и на рис. 2 изображены пунктирными линиями.
ОУ! 4
со рад/с
Рис. 2. Кривая (о{!), изменяющаяся на интервале торможения t е [0, г] по гиперболическому закону
Рассмотрим данную гиперболу в координатах {со, / ), в которых
¿у(0) = ©0, Й>(Г) = 0. (5)
Уравнения перехода из системы координат ^0со в С0\ будут ^ = ? + а, С0\ - со + Ь. Тогда
со\ = со + Ь
АсОдТ
иди «(0=^1-6.
Ао)$т
Величины а и Ь найдем из условий (5). Получим
т
6)
(7)
После их подстановки в (6) найдем искомый гиперболический закон уменьшения скорости при торможении барабана включения
=
щ
Ат
--(■Л+4А-1)
? + -(л/Г+41-1) . 2
(8)
Длина тормозного пути при данном торможении определится из выражения (3)
( \
Фг = (0аТА
л
>/ + -(У1 + 4Л-1) 2 ,
- —(УПЙМ -Х) = со0тА
1п
VI + 4^4 +1 (У1 + 4Л-1) у1Х + 4А-Х 2 А
\
(9)
Функция Ф г(А) = А
1п
У1 + 4 А+1 (У1 + 4А- 1) У1 + 4 А-1 2А
монотонно возрастает с ростом пара-
метра А и в пределе Ьп Фг(Л) = 0,5, т.е. при тормозной путь = Таким
.4->эо 2
образом, с помощью введенного нами параметра А можно изменять длину тормозного пути в сторону его уменьшения относительно (рп.
В этом случае закон силы прижатия ленты (2) должен быть таким
Асо0т
2/ /Я & / 1 2 П
Анализ большого числа исследований износа различных материалов в условиях граничного трения и трения без смазки показывает, что в общем случае скорость изнашивания может быть выражена зависимостью [11]:
7 = (11)
где m = 0,5-3 и для большинства пар трения п = 1; и - коэффициент износа, характеризующий материал пары и условия изнашивания; p - давление на поверхности трения; v - скорость относительного скольжения.
Для абразивного и ряда других видов изнашивания т = п = 1, у = кру,
или
и = А = кр\1 = кря, м (12)
где ^ = vt - путь трения.
С учетом измерения углового пути в радианах
и = крсргЯ, м. (13)
Из последней формулы видно, что при п = 1 износ не зависит от скорости относительного скольжения, а лишь от пути трения.
Износ ленты и с учетом (9) определится из выражения:
u = kAa,»rR
у/\ + 4А+\ (Vl+4/l -1)
[г + (>/l + 4А-1)]2
Ф + 4А-1
2А
(14)
где S - площадь фрикционного слоя, контактирующего с поверхностью барабана, м .
Таким образом, задача уменьшения износа фрикционного слоя ленты может быть сведена к математической задаче поиска минимума функции U = U(А).
Определение величины коэффициента А, соответствующей минимуму функции U(A), позволит получить зависимости для углового ускорения, в соответствии с которыми и потребуется изменять усилие торможения. Это будет основанием для программирования микропроцессорного устройства управления электромагнитами.
По мере износа фрикционной накладки тормозной ленты будет увеличиваться сила ее прижима к барабану включения. Поэтому во время работы устройства необходимо периодически контролировать толщину ленты, для того чтобы обеспечить заданное время торможения барабана включения. Кроме того, мощность на привод у разных сельхозмашин отличается, соответственно изменяется и крутящий момент на барабане включения. Это также требует корректировки силы прижима ленты к барабану.
Алгоритм управления электроприводом включения ВОМ выглядит следующим образом (рис. 3).
Перед агрегатированием приводной сельхозмашины на модуле управления устанавливается соответствующая частота вращения выходного вала ВОМ. Затем - значение мощности на привод сельскохозяйственной машины согласно ее технической документации. Устройство включения готово к использованию. При работе агрегата происходит периодическое включение и отключение привода ВОМ, связанное с остановками на технологическое обслуживание, переездами между загонками и полями. Вследствие такого режима постепенно изнашивается фрикционная накладка тормозной ленты.
Рис. 3. Алгоритм управления электроприводом включения ВОМ
Модуль управления проводит периодический контроль толщины накладки. При обнаружении определенной величины износа модуль управления осуществляет изменение усилия прижатия ленты к барабану. Проводится также расчет интенсивности изнашивания накладки. В случае повышения интенсивности износа модуль управления снижает периодичность контроля. На табло модуля управления представлено прогнозное значение наработки ленты до предельного износа. При достижении 90% наработки до предельного износа накладки модуль управления подает дополнительный световой сигнал. Кроме того, осуществляется контроль пробуксовывания барабана относительно ленты. При появлении пробуксовывания, связанного с кратковременным повышением нагрузки на выходной вал ВОМ из-за колебания поступающего объема биологической массы, обрабатываемой сельхозмашиной, модуль управления увеличивает силу прижима ленты к барабану включения.
Выводы
Идея применения электромагнитов для эффективного торможения барабана включения ВОМ, ранее защищенная патентом [1], вполне может быть реализована на практике. Это подтвердили проведенные исследования и теоретические расчеты. Практическая реализация идеи может дать значительный экономический эффект при эксплуатации, техническом обслуживании и ремонте усовершенствованных конструкций ВОМ. Предлагаемая конструкция дает возможность включать электромагниты не одновременно, а с некоторым смещением по времени, с постепенным прижатием ленты, начиная с участка ленты, ближайшего к оси ее подвеса. Для определения порядка включения электромагнитов необходимо провести экспериментальные исследования. При переходе от механического устройства включения привода к электрическому исключается операция периодического регулирования рычага включения, сокращая время технического обслуживания и значительно повышая долговечность тормозной ленты. Введение обратной связи в виде контроля пробуксовывания барабана позволит обеспечить оптимальное усилие прижима ленты к барабану и допустимую величину интенсивности износа фрикционной накладки ленты.
A.A. Luchinovich, G.V. Redreev, A.N. Sorokin, V.D. Chervenchuk Omsk State Agrarian University named after P.A. Stolypin, Omsk
Definition of the optimal kinematic modes of the electric drive of the power take-off shaft switching
The efficiency of using tractor units with active working tools depends on the functioning of the tractor power take-off shaft. Among the tractor fleet of wheeled tractors engaged in crop production, the main volume is occupied by tractors produced by the Minsk tractor plant. In the vast majority of cases, the PTO shaft is a planetary reduction gear. The power take-off shaft is activated by braking the drum connected to the solar gear. Braking is carried out by a tape tool with friction pads. Due to the design features of the switching mechanism, the braking of the drum occurs uneven, which leads to an increase in the number of revolutions of the drum during switching on. As a result, the friction linings of the tape tool are significantly worn. Since the condition of the brake tape tool is not monitored, regular slipping of the switching drum significantly reduces the service life of the tape tool. To increase the service life of the brake tape tool and improve the efficiency of the power take-off shaft, it is suggested to use electromagnets, pressing the tape to the drum, to turn on the drive. The use of several electromagnets with a certain sequence of their switching allows reducing the angular movement of the drum during the same time of switching on. A mathematical model describing the process of the drum rotation during the braking time is developed. The power on the drive of the agricultural machine, the rate speed of the output shaft, the properties of the friction lining of the brake tape tool, the braking time are taken into account. The use of the optimal parameters of the electromagnetic device of the power take-off shaft switching would allow excluding the operation of adjusting the brake tape tool, significantly increasing its actual service life, carrying out constant monitoring of the technical condition of the tape tool and predicting its residual life.
Keywords: power take-off shaft (PTO shaft), switching mechanism, microprocessor device electric drive.
Список литературы
1. Пат. 185594 Российская Федерация, МПК B04K 17/28. Вал отбора мощности / Г.В. Редреев, А.А. Лучинович ; патентообладатель ФГБОУ ВО «Омский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина». - № 2018120959 ; заявл. 06.06.2018 ; опубл 11.12.2018, Бюл. № 35. - 2 с.
2. Improving the Efficiency of the Power TakeOff Drive. / G.V. Redreev et al // IOP Conference Series : materials Science and Engineering, Volume 582, Number 1 https://iopscience.iop.org/article/10.1088/ 1757-899X/582/1/012043.
3. Редреев Г.В. Повышение эффективности привода отбора мощности / Г.В. Редреев, А.Н. Сорокин, А.А. Лучинович // Сб. тр. X Междунар. науч. -практ. конф. - Томск, Юргинский технологический институт, 2019. - С. 81-86.
4. Multi-body Dynamic Analysis of the Braking Process for Megawatt Wind Turbine Disc Brake / S. Zhang, C. Xue, J. Yin, Z. Sha, F. Ma, D. Yang and Y. Liu / IOP Conf. Series : materials Science and Engineering 470 (2019) 012005 IOP Publishing.
5. Кузнецов С.И. Курс физики с примерами решения задач. Часть I. Механика. Молекулярная физика. Термодинамика : учеб. пособие / С.И. Кузнецов ; под ред. В.В. Ларионова ; Томский политехнический университет. - 3-е изд., перераб. и доп. - Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2013. - 413 с.
References
1. Pat. 185594 Rossijskaya Federaciya, MPK B04K 17/28. Val otbora moshchnosti / G.V. Redreev, A.A. Luchinovich ; patentoobladatel' FGBOU VO "Omskij gosudarstvennyj agrarnyj universitet im. P.A. Stolypina". - № 2018120959 ; zayavl. 06.06.2018 ; opubl 11.12.2018, Byul. № 35. - 2 s.
2. Improving the Efficiency of the Power TakeOff Drive. / G.V. Redreev et al // IOP Conference Series : materials Science and Engineering, Volume 582, Number 1 https://iopscience.iop.org/article/10.1088/ 1757-899X/582/1/012043.
3. Redreev G.V. Povyshenie effektivnosti pri-voda otbora moshchnosti / G.V. Redreev, A.N. Sorokin, A.A. Luchinovich // Sb. tr. X Mezhdunar. nauch.-prakt. konf. - Tomsk, Yurginskij tekhnologicheskij institut, 2019. - S. 81-86.
4. Multi-body Dynamic Analysis of the Braking Process for Megawatt Wind Turbine Disc Brake / S. Zhang, C. Xue, J. Yin, Z. Sha, F. Ma, D. Yang and Y. Liu / IOP Conf. Series : materials Science and Engineering 470 (2019) 012005 IOP Publishing.
5. Kuznecov S.I. Kurs fiziki s primerami reshe-niya zadach. Chast' I. Mekhanika. Molekulyarnaya fizika. Termodinamika : ucheb. posobie / S.I. Kuznecov ; pod red. V.V. Larionova ; Tomskij politekhni-cheskij universitet. - 3-e izd., pererab. i dop. - Tomsk : Izd-vo Tomskogo politekhnicheskogo universiteta, 2013. - 413 s.
6. Тарасов Л.В. Современный курс физики. Механика / Л.В. Тарасов. - М. : Оникс, 2009. - 592 с.
7. Яблонский А.А. Курс теоретической механики / А.А. Яблонский. - М. : Высшая школа, 1986. -412 с.
8. Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики : учеб. для втузов / С.М. Тарг. - 10-е изд., перераб. и доп. - М. : Высш. шк., 1986. - 416 с.
9. Подскребко Э.Н. Дифференциальное исчисление функций нескольких переменных : учеб. пособие / Э.Н. Подскребко, Н.Ф. Пестова. - Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2008. - 132 с.
10. Пискунов Н.С. Дифференциальное и интегральное исчисления : учебник : В 2-х т. Т. 1 / Н.С. Пискунов. - СПб. : Мифрил. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1996. - 416 с.
11. Проников А.С. Надежность машин / А.С. Проников. - М. : Машиностроение, 1978. -592 с.
Лучинович Анастасия Александровна, ассистент, Омский ГАУ, aa.luchinovich35.06.04@ omgau.org; Редреев Григорий Васильевич, канд. техн. наук, доц., завкафедрой, Омский ГАУ, gv.redreev@omgau.org; Сорокин Анатолий Ни-кифорович, канд. техн. наук, доц., Омский ГАУ, an.sorokin@omgau.org; Червенчук Владимир Дмитриевич, канд. техн. наук, доц., Омский ГАУ, vd.chervenchuk@omgau.org.
6. Tarasov L.V. Sovremennyj kurs fiziki. Me-khanika / L.V. Tarasov. - M. : Oniks, 2009. - 592 s.
7. Yablonskij A.A. Kurs teoreticheskoj mekha-niki / A.A. Yablonskij. - M. : Vysshaya shkola, 1986. -412 s.
8. Targ S.M. Kratkij kurs teoreticheskoj me-khaniki : ucheb. dlya vtuzov / S.M. Targ. - 10-e izd., pererab. i dop. - M. : Vyssh. shk., 1986. - 416 s.
9. Podskrebko E.N. Differencial'noe ischislenie funkcij neskol'kih peremennyh : ucheb. posobie / E.N. Podskrebko, N.F. Pestova. - Tomsk : Izd-vo Tomskogo politekhnicheskogo universiteta, 2008. -132 s.
10. Piskunov N.S. Differencial'noe i integ-ral'noe ischisleniya : uchebnik : V 2-h t. T. 1 / N.S. Piskunov. - SPb. : Mifril. Gl. red. fiz.-mat. lit., 1996. - 416 s.
11. Pronikov A.S. Nadezhnost' mashin / A.S. Pronikov. - M. : Mashinostroenie, 1978. - 592 s.
Luchinovich Anastasia Aleksandrovna, assistant, Omsk SAU, aa.luchinovich35.06.04@omgau.org; Redreev Grigory Vasil'evich, Cand. Techn. Sci., Ass. Prof., head of the Department, Omsk SAU, gv.redreev@omgau.org; Sorokin Anatoly Nikiforo-vich, Cand. Techn. Sci., Ass. Prof., Omsk SAU, an.sorokin@omgau.org; Chervenchuk Vladimir Dmitrievich, Cand. Techn. Sci., Ass. Prof., Omsk SAU, vd.chervenchuk@omgau.org.
УДК 631.363.21
УК. САБИЕВ1, Н.С. СЕРГЕЕВ2
1 Омский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина, Омск 2Южно-Уральский государственный аграрный университет, Челябинск
УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬ ДЛЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА
Рапс как важная масличная культура может быть измельчен в питательную муку, используемую в кормах для животных, или прессован для извлечения масла, которое применяется при приготовлении многих пищевых продуктов или в производстве биодизеля. Частичная замена концентратов рапсовой мукой в объеме 8-12% от общей массы в рационе лактирующих коров способствует повышению молочной продуктивности на 1,1-1,8 кг в пересчете на молоко 4%-ной жирности. Для снижения затрат энергии при отжиме и снижения остаточного масла в жмыхе предложено предварительное измельчение семян масличных культур. При этом данная кормовая добавка дает небольшой эффект в плане повышения продуктивности у животных, так как уже при извлечении масла из семян рапса, при содержании в нем 4045% масла, извлекается большая часть питательных веществ вместе с выжатым маслом, которые нужны для более быстрого продуктивного развития животных. Предлагается использовать измельчение цельных семян рапса для получения рапсовой муки, несмотря на их высокую масличность. Но с данной зада-
© Сабиев У.К., Сергеев Н.С., 2019
