ОПТИМИЗАЦИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТОКА ЭНЕРГИИ К ВРАЩАЮЩИМСЯ ЗВЕНЬЯМ МАШИНЫ ДЛЯ УБОРКИ ТОПИНАМБУРА Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

calculated. Probability of failure of the entire structure was 0.61. Found that the use of such structures is only suitable for constructions where constant control of their work. The such structures it is impossible to use in the constructions remote from the hydrological stations and observation points. The calculations allow to draw conclusions about the reliability of the design of an automatic controller for headwork At-Bashi Channel. Key words: the regulator, reliability, fault tree, structural analysis

Literatura

1. Instruktsiya po ekspluatatsii At-Bashinskogo kanala, Frunze, 1976. - 95 s.

2. MakovskiyE.E., Volchkova V. V. Avtomatizirovannyie avtonomnyie sistemytransformatsiineravnomernogo stoka [Tekst]. - Frunze: Ilim, 1981. - 354 s.

3. Shtilman V.B. Povyishenie nadezhnosti vodoprovodyaschih traktov gidrotehnicheskih sooruzheniy na osnove metodov sistemnogo analiza rabotyi zatvorov [Tekst]: avtoreferat dok.tehn.nauk: 05.23.07 / V.B. Shtilman. - S-Pb., 2005. - 40 s.

УДК 631.356

ОПТИМИЗАЦИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТОКА ЭНЕРГИИ К ВРАЩАЮЩИМСЯ ЗВЕНЬЯМ

МАШИНЫ ДЛЯ УБОРКИ ТОПИНАМБУРА

БАЙБОБОЕВ Набижон Гуломович, д-р техн. наук, професор, зав. кафедрой «Механизация сельского хозяйства», ngbayboboev@gmail.com

МУХАМЕДОВ Жобирхон Мирзаевич канд. тех. наук, доцент кафедры «(Механизация сельского хозяйства»

ХАМЗАЕВ Асрорхон Акмалхонович ассистент кафедры черчения, asrorhon1983@umail.uz

Наманганский инженерно-педагогический инститиут, Республика Узбекистан, asrorhon1983@ umail.uz

В статье проведен анализ распределения потока энергии к вращающимся звеньям различных конструкций копателя для уборки картофеля и топинамбура. Приведены результаты экспериментальных исследований по изучению характера динамической загруженности барабана. В результате составлена рациональная схема подвода и распределения потока энергии к вращающимся звеньям предлагаемой конструкции копателя для уборки топинамбура, позволяющая повысить их надежности и работоспособности.

Ключевые слова: топинамбур, копатель, энергия, лемех, элеватор, передача, редуктор, вал, привод, машина.

Введение

Анализ конструкций отечественных и зарубежных картофелеуборочных машин и нескольких рекомендуемых, опытной конструкции, машин для уборки топинамбура [1,2] показал, что получить хорошее качество уборки корнеклубнеплодов, в том числе топинамбура, в тяжелых почвенно-кли-матических условиях можно за счет применения машины более простой конструкции с меньшим количеством рабочих органов, но в то же время при рациональной их компоновке, правильном выборе и обеспечении оптимальных режимов работы. Существенный вклад в решение многих вопросов динамики, прочности и надежности сельхозмашин внесли Ю.В.Гринков, Г.Е.Листопад, С.А.Алферов, С.Н.Кожевников, С.Д.Дмитриченко и др.

Следует отметить, что начало систематического изучения кинематики и динамики вращающихся звеньев машин, т.е. роторных систем, положено Ф.М.Диментбергом, А.С.Кельзоном, М.Я.Кущелем, Э.Л.Подзняковым, работы которых легли в основу многих исследований в различных отраслях машиностроения.

Предмет исследования

Известно, что загруженность, конструктивное выполнение и геометрические размеры того или иного узла в машине зависят от схемы подвода и распределения потока энергии между вращающимся звеньями [3]. Исходя из этого, Н.Г.Байбобоев и Р.Рустамов в своих научных работах составили схему подвода и распределения потока энергии к вращающимся звеньям существующей машины для уборки картофеля (рисунок 1) [2].

Анализ данной схемы подвода и распределения потока энергии показывает:

- при работе машины с приводом от вала отбора мощности (ВОМ) трактора ведущий и ведомый валы раздаточного редуктора и цепные муфты, установленные на этих валах, нагружены неравномерно, поскольку энергия от звездочки, которая установлена на ведущем валу редуктора, передается только на основной вал элеватора, в то время как от ведомого вала редуктора получают вращение все остальные подвижные звенья;

- передача энергии к некоторым вращающим-

© Байбобоев Н. Г., Мухамедов Ж. М., Хамзаев А.А. 2015 г.

ся звеньями осуществлена нерационально - так, например, выполнена передача энергии от элеватора первого вала к валу второму элеватора.

В связи с этим возникает необходимость в проведении дальнейших исследований по изучению рациональной схемы подвода и распределения потока энергии к вращающимся звеньями предлагаемой конструкции копателя для обеспечения:

- равномерной загруженности опор и валов всех вращающихся звеньев, чтобы повысить их надежность и работоспособность;

- уменьшения источников возбуждения динамических процессов;

- снижения металлоемкости машины за счет уменьшение массы и габаритов узлов.

Известно, что рациональной будет та схема подвода и распределения энергии, которая обеспечивает кратчайший энергетический путь передачи энергии от одного вращающегося звена к другому [3]. С учетом вышеизложенного нами на базе картофелекопателя КТН-2В разработана новая конструкция копателя для уборки топинамбура (рисунок 2) с рациональной кинематической схемой передачи (рисунок 3). С использованием этой кинематической схемы составлена рациональная схема подвода и распределения потока энергии к вращающимся звеньям опытного образца машины для уборки топинамбура (рисунок 4).

ВОМ - вал отбора мощности; РР - редуктор; ЗВ - звездочки; ЦП - цепная передача; 1В - вал первого элеватора; 2В - вал второго элеватора; РП - ременная передача; ВПТ - вал поперечного транспортера; ВР - вал реверса; Ш - шкив; ВРБ - вал рыхлительного барабана

Рис.1 - Схема распределения потока энергии от ВОМ трактора к вращающимся звеньям

копателя серийной конструкции

1 - дисковой лемех; 2 - лемех; 3 - элеватор; 4 -эллипсный барабан; 5 - эластичный барабан Рис. 2 - Технологическая схема копателя

Предлагаемый копатель работает следующим образом: дисковой лемех 1 подрезает грядки по бокам, далее подрезанный и частично разрушенный лемехами 2 пласт поступает на элеватор 3, где происходит сепарация почвы от клубней топинамбура. Не отделенные от столонов и стеблей клубни топинамбура поступают на эллипсный барабан 4, который, вращаясь, протаскивает их по поверхности элеватора, тем самим отделяя клубни топинамбура от столонов и стеблей и улучшая эффективность сепарации. Далее масса, проходя между просветами элеватора и вращающимися эластичными барабанами 5, еще сепарируется и поступает на поверхность поля.

1- редуктор; 2 - эллипсный барабан; 3 - звездочки;

4 - цепь; 5 - вал первого элеватора; 6 - вал второго элеватора; 7 - эластичный барабан Рис. 3 - Кинематическая схема опытной конструкции копателя для уборки топинамбура

ВОМ - вал отбора мощности; РР - редуктор; ЗВ - звездочки; ЦП - цепная передача; 1В - вал первого элеватора; 2В - вал второго элеватора; ВП - вал прижимного барабана;

ВЭБ - вал эллипсного барабана Рис.4 - Рациональная схема распределения потока энергии от ВОМ трактора к вращающимся звеньям опытной конструкции копателя для уборки топинамбура

Экспериментальные исследования

В оценке значимости барабанов копателей также важно исходить из концепции, что барабаны являются носителями энергии, позволя-

ющими выполнять технологические процессы по сепарации почвы. Загруженность, конструктивное исполнение и геометрические размеры барабанов зависят от схемы подвода и распределения потока энергии. Поэтому экспериментальные исследования по оценке загруженности барабана при взаимодействии с обрабатываемой массой представляют практический интерес. Основной целью экспериментальных исследований является установление закономерностей загруженности барабана, определение числовых значений нагрузок на опорах, крутящих моментов в различных сечениях валов барабана во время работы копателя. Одним из возможных главных источников крутильных колебаний являются динамически неуравновешенные массы валов поперечных транспортёров (ы=41,8 с-1), элеваторов (ы=29,3 с-1) и барабана (ы=16,2 с-1) [4].

Для проведения экспериментальных исследований рабочие барабаны были соответствующим образом подготовлены:

- вместо корпусов подшипников рабочих барабанов были изготовлены тензометрические опоры специальной конструкции, позволяющие регистрировать вертикальные и горизонтальные составляющих радиальных нагрузок;

- на валах барабанов, на участках между звездочками и ребордами и между крайними и средними ребордами были наклеены тензорези-сторы для регистрации закономерности изменения и распределения крутящих моментов по длине барабанов;

- для вывода подводов, соединенных с тензорезисторами, валы барабанов со стороны установки звездочек приводов были просверлены. Конструкции токосъемных устройств, схемы наклейки и принципы работы тензорезисторов, методики проведения экспериментальных исследований и обработки их результатов аналогичны изложенным в работе [4].

Результаты экспериментальных исследований На опоры барабана действуют составляющие собственной массы, технологических нагрузок, сил инерции от неуравновешенности масс барабана и нагрузки от цепного привода. Значения крутящего момента на звездочке привода определяются сопротивлением технологических нагрузок и сил трения в опорах. На осциллограмме колебательного процесса барабана (рисунок 5), записанной со скоростью протяжки бумаги 1 м/с, видны отметки времени 0,01 с и следующие кривые: □ 1 ы ,, и- тз-з 5 п з' - вертикальные и горизонтальные

составляющие радиальных нагрузок, действующих на левую и правую опоры.

Т1 - крутящий момент в соответствующем сечении вала:

б - сигналы электромагнитного преобразователя, отмечающего 1/40 долю оборота барабана (по числу зубьев Z=40 звездочки привода).

Расшифровка этих осциллограмм и анализ

Анализируя характер кривых радиальных нагрузок на осциллограмме, можно отметить, что числовые значения горизонтальных составляющих радиальных нагрузок намного больше, чем значения вертикальных составляющих, средние и максимальные числовые значения результирующих радиальных нагрузок, действующих на левые и правые опоры, достигали соответственно (742,42-4)Н, (2038,5+4) Н, (45,55+4)14, (846,0+4)Н.

результатов исследований позволяют отметить следующее. Максимальные числовые значения радиальных нагрузок, действующих на левую и правую опоры, достигает соответственно (1020+4)Н (672+4)Н. Сравнивая радикальные нагрузки на опоры барабана существующей и модернизированной конструкции, можно заметить уменьшение числовых значений нагрузок в предложенной конструкции барабана в пределах 1,25-2 раза. _

Рис. 5 - Фрагмент осциллограммы загруженности опор и вала барабана

Анализ осциллограмм радиальных нагрузок в пределах длительной работы барабана показал, что радиальные нагрузки за каждый оборот барабана имеют периодический характер. Это соответствует тому, что в технологическом процессе работы копателя барабан по его рабочей длине испытывает постоянную нагрузку от выровненного слоя почвы.

Учитывая периодичность изменений радиальных нагрузок (в Н), считаем возможным представить их в виде гармонического ряда:

Я;- = —290 + 3 57 sin (cat — 168) + 398 sin(2йЖ -172) где т = (45,3 ±0,2) с 1 - угловая скорость

вращения барабана.

Анализ этих выражений показывает, что на изменение характера радиальных нагрузок на опоры барабана основное влияние оказывают низшие (первая, вторая и третья) гармоники колебаний. Для уменьшения этих гармоник нами рекомендуется устанавливать упругие прокладки между корпусами подшипников и рамой машины взамен металлических жестких прокладок. Анализ кривой частоты вращения барабана показывает, что расстояние между пиками, соответствующими 1/10 доли оборота барабана в пределах периода практически не изменяется, в связи с этим значение угловой скорости вращения барабана можно считать постоянным. Расшифровка осциллограмм кривых крутящих моментов и их анализ позволяют отметить следующее:

- максимальные значения крутящих моментов, передаваемых звездочкой, достигают (21 ± 1,2) и (72,2 ± 1,2) Н^м и носят знакопеременный характер. Кривая крутящего момента на этом участке вала приближенно может быть описана следующим выражением: Тх = 11,1 + 25,5 *т(е>1 - 243) + 21,7 вт(2аЛ -152) +

+11,1 вш(3Ш -157) + 4,6 -163)+

+ 2,25 вш(5й>г + 56)+ 2,2шт(б(М + 278) Анализ этого выражения показывает, что на

изменение крутящего момента наибольшее влияние оказывают низшие (первая, вторая и третья) гармоники нагрузок. Для уменьшения значений амплитуд этих гармоник необходимо увеличить податливость участка вала между звездочкой привода и фланцем, связанным с валом.

Выводы

Анализируя рекомендованную схему подвода и распределения потока энергии к вращающимся звеньям копателя (рисунок 4), можно отметить, что при переносе привода второго вала элеватора с ведомой консольной части первого вала к ведущей консольной части вала этого элеватора и осуществлении привода первого и второго вала от блока звездочки, установленного вместо звездочки привода первого вала элеватора, не вся длина первого вала элеватора будет участвовать в передаче крутящего момента, как это было в серийной конструкции привода машины, а только часть - от начала привода до участка приложения внешней нагрузки.

Анализ осциллограмм радиальных нагрузок в пределах длительной работы барабана показал, что радиальные нагрузки за каждый оборот барабана имеют периодический характер. Это соответствует тому, что в технологическом процессе работы копателя барабан по его рабочей длине

испытывает постоянную нагрузку от выровненного слоя почвы.

Максимальные числовые значения радиальных нагрузок, действующих на левую и правую опоры, достигают, соответственно, (1020+4)Н (672+4)Н.

Список литературы

1. Колчин, Н. Н. Изучение и анализ технических и технологических параметров отечественных и зарубежных машин для уборки топинамбура и картофеля на грядах [Текст] // Материалы 65-й междунар. науч.-практ.. конф. - Рязань. 2014. - С. 41-45.

2. Байбобоев, Н. Г. Повышение на эффективности использования картофелеуборочной техники для уборки топинамбура [Текст]/ Н. Г. Байбобоев, А. А. Хамзаев, А. А. Косимов // Материалы 65-й междунар. науч.-практ. конф. - Рязань. 2014. - С. 22-24.

3.Кожевников, С. Н. Динамика машин с упругими звеньями [Текст] / С. Н. Кожевников. - Киев : АН УССР, 1961. - 60 с.

4. Байбобоев, Н. Г. Динамика картофелекопателя-сепаратора ККС-1,4 [Текст]/ Н. Г. Байбобоев, Р. М. Рустамов // Сб. тр. НИТИ. - Наманган, 1993. - С. 333-339

ОPTIMIZATION OF ENERGY FLOW DISTRIBUTION TO ROTATING MEMBERS OF THE MACHINE FOR

TOPINAMBUR HARVESTING

Bayboboev Nabizhon G., Doctor of Technical Sciences, Full Professor Head. the department " Mechanization of agricultural", ngbayboboev@gmail.com

Muhamedov Zhobirhon M., Ph.D., Associate Professor of the Department "Mechanization of agriculture"

Hamzaev Asrorkhon A., assistant chair of "Plotting", asrorhon1983@umail.uz Namangan Engineering Pedagogical institute of Uzbekistan

In article analyzed the distribution of the flow of energy to the rotating links various design digger Potato and Jerusalem artichoke. As a result, compiled rational scheme supply and distribution of energy flow to the rotating units proposed construction digger cleaning Jerusalem artichoke, allowing them to increase the reliability and availability.

Key words: Sweet, digger, energy, blade, elevator, transmission, gearbox, shaft drive, the car.

Literatura

1. Kolchin N.N. Izuchenie i analiz tekhnicheskikh i tekhnologicheskikh parametrov otechestvennykh i zarubezhnykh mashin dlya uborki topinambura i kartofelya na gryadakh. materialy 65-y mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferencii. Rossiya, g. Ryazan2014 g. - str. 41-45

2. N.G. Bayboboev, A.A. Khamzaev, A.A. Eisimov. Povyshenie ehffektivnosti ispol'zovaniya kartofeleuborochnoy tekhniki dlya uborki topinambura.Materialy 65-y mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferencii. Rossiya, g. Ryazan'. 2014 g. - str. 22-24

3. Kozhevnikov S.N. Dinamika mashin s uprugimi zvenyami/ Kiev AN USSR 1961 g. str.60

4. Bayboboev N.G. Dinamika kartofelekopatelya-separatora KKS-1,4[Text]/ N.G. Bayboboev, R.M. Rustamov// Sb. trudov NITI. - Namangan, 1993. - S.333-339