Особенности расчета сегментно-пальцевых режущих аппаратов с приводом ножа механизмами качающейся шайбы и планетарным Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА

УДК 631.352.022:631.354.02

С.Г. Ломакин, канд. техн. наук С.В. Щиголев

Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина

ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА СЕГМЕНТНО-ПАЛЬЦЕВЫХ РЕЖУЩИХ АППАРАТОВ С ПРИВОДОМ НОЖА МЕХАНИЗМАМИ КАЧАЮЩЕЙСЯ ШАЙБЫ И ПЛАНЕТАРНЫМ

Механизмы качающейся шайбы (МКШ) закрытого и открытого типов применяют для привода ножа сегментно-пальцевых режущих аппаратов (РА) косилок-плющилок, травяных жаток кормоуборочных и жаток зерноуборочных комбайнов свыше 30 лет.

Режущие аппараты «Системы Шумахера» с планетарным механизмом привода ножа также часто используют на машинах перечисленных типов в последние 10 лет.

Несмотря на длительный период использования данных механизмов в учебной литературе, отсутствуют сведения об особенностях расчета режущих аппаратов с такими приводами ножа.

Попытка рассмотрения кинематических показателей: перемещение ножа х и скорость относительного движения ножа ин при планетарном приводе, предпринятая в учебнике [1, 2], оказалась неудачной.

В жатках отечественных зерноуборочных комбайнов Дон-1500, Vector, Acros используются сег-ментно-пальцевые режущие аппараты с некратным ходом ножа nt = nto = S = 88 мм, оснащенные приводом МКШ, либо режущим аппаратом «Системы Шумахера» (Vector, Acros, Torum) также нормального резания с некратным ходом ножа nt = nto = = S = 84 мм с планетарным механизмом привода

ножа (коэффициенты некратности n = 88/76,2 = = 1,155 и n = 84/76,2 = 1,1).

Схема МКШ закрытого типа представлена на рис. 1.

Основными параметрами МКШ, определяющими кинематику ножа, является: угловая скорость ю ведущего вала, угол наклона а шейки вала к оси его вращения и длина l рычага колебательного вала.

Кинематические показатели ножа в относительном движении: перемещение x, скорость ин и ускорение j определим из следующего анализа (рис. 1 и 2).

При вращении ведущего вала ось его наклонной шейки описывает две конические поверхности с общей вершиной в точке О пересечения оси вращения и оси наклонной шейки. Ось АВ цапф качающейся шайбы и рычаг СD колебательного вала, оставаясь перпендикулярными оси наклонной шейки, поворачиваются от крайнего левого до крайнего правого положения на угол 2а. Головка рычага (т. D) и связанный с ней соединительным звеном нож совершают ход S = 2l sin а.

Выделим один конус, описываемый осью наклонной шейки (см. рис. 2), а также ось АВ качающейся шайбы и рычаг CD колебательного вала.

Обозначим радиус основания конуса через r, а длину через b. Проведем через точку D ось ор-

Из AOO1E и OOlF имеем

r , r cos at tga = -, tga = —-— b b

tga' = tga cos at.

(2)

Для МКШ закрытого типа угол a выбирают в пределах 11... 14°, а открытого типа — a < 18°. Тангенсы углов такой величины близки значениям синусов этих углов (при a < 18° разница между tg 18° и sin18° составляет около 5 %), т. е. можно принять tg a ~ sin atg a' ~ sin a', и выражение (2) примет вид

sin a' = sin a cos at.

(3)

5

4

Рис. 1. Схема МКШ:

1 — ведущий вал с наклонной шейкой; 2 — качающаяся шайба; 3 — колебательный вал с вилкой и рычагом; 4 — соединительное звено; 5 — нож; 6 — корпус МКШ; 7 — корпус жатки

динат, а по оси направляющей головки ножа ось абсцисс. Пренебрегая углом отклонения в соединительного звена от направления движения ножа (0 < в < 1,4°), перемещение ножа х за произвольный угол поворота ведущего вала МКШ Ш будет равно перемещению точки Б колебательного рычага вдоль оси абсцисс.

За исходное принимаем положение ОЕ оси наклонной шейки вала (образующей конуса). Ему соответствует крайнее левое положение точки Б рычага СБ и ножа в целом.

Повернем ведущий вал на произвольно выбранный угол ф = Ш. Ось наклонной шейки ОЕ займет положение ОЕ1. Образующая ОЕ1 расположена в плоскости ОЕЕъ отклоненной от горизонтали (оси вращения ведущего вала) на угол а'. Величина этого угла изменяется в зависимо сти от угла поворота ведущего вала МКШ Ш от а(ш? = 0) до -а(ш? = п). Рычаг СБ при этом займет положение ////\ I ^^ СБ1, с углом отклонения от вертикали ОО' на угол а'.

Перемещение ножа х, соответствующее углу поворота Ш ведущего вала МКШ, выразим так:

С учетом последних допущений имеем

x = l sin a — l sin acos at

и после преобразования

x = l sin a(l - cos at).

Учитывая, что l sin a = 2, получим

S

x = -(1 - cos at).

Скорость ножа в относительном движении ин найдем как первую производную от х, а ускорение Ун как вторую производную от перемещения ножа х или первую производную от скорости ин по времени t.

ин = x =

S S

---cos at

2 2

= S a sin at = l sin aa sin at, 2

j = x = u

Jh h

F

at

S

= — a2 cos at = l sin aa2 cos at. 2

Bh

T777

/

/

/

o,

О

С

x = OD — OD

(l)

Заменяя в (l) O'D = Isina и O D1 = l sin a', получим

y \ \

ЛИ \ \ —

-Л \

D а \ \

W x К О x /sina'

/sina

x = l sin a — l sin a'.

Рис. 2. К определению перемещения ножа x

и

a

Техника и технологии агропромышленного комплекса

-*-! I 0 1

1

воположном водилу направлении на угол 2юн?.

Ось шейки А кривошипа займет положение А;. Перемещение ножа за время t (угол поворота юн0 определим

где

х = ОА - ОА,

ОА = r1 + r2.

ОА{ = r1cos rnKt + r2cos rnKt + r2 = (ri + r2)cos rnHt,

тогда

х = ri + Г2 - (ri + r2)cos Ю^ = = (ri + r2)(1 - cos ЮнО, X = (r1 + r2) (1 - cos ЮнО.

Рис. 3. Схема планетарного механизма привода ножа:

1 — ведущий вал; 2 — водило (Н); 3 — вал сателлита (30; 4 — неподвижное зубчатое колесо (коронное); 5, 6 — конические зубчатые колеса; 7 — корпус; 8 — нож; 9 — корпус жатки; А — шейка кривошипа вала сателлита

Учитывая, что r1 + r2 равно — х = S(2 - cos юHt).

Скорость ножа в относительном движении

ин = х = ( + r2 )ю Hsin Ю Ht

Схема планетарного механизма привода ножа представлена на рис. 3.

Основными его параметрами являются: угловая скорость юн водила, значения радиусов г1 и г2.

Для уменьшения нагрузки на клиноременную передачу привода ножа всегда применяют понижающую зубчатую передачу (2Х < Z2). Число зубьев Z3 сателлита 3 обязательно должно быть в два раза меньше числа зубьев Z4 неподвижного цилиндрического колеса 4 (коронной шестерни), т. е. Z4 = 2Z3. Благодаря последнему соотношению угловая скорость ю3 вала 3 и заодно изготовленного с ним сателлита 3 в два раза больше угловой скорости юн водила. Радиус г1 смещения (эксцентриситета) оси вала сателлита от оси вращения водила Н и радиус г2 кривошипа А выбирают либо равными г1 = г2, либо г1 < г2 на 0,5...1,5 мм. В первом случае траекторией движения шейки А кривошипа вала сателлита будет отрезок прямой линии длиной 2(г1 + г2), а во втором — эллипс с длинной осью 2(г1 + г2) и короткой 2(0,5.1,5) мм.

Кинематические показатели движения ножа с планетарным приводом следующие. Перемещение ножа х определим с использованием схемы (рис. 4).

За исходное принято крайнее левое положение шейки кривошипа А и ножа, когда оси вращения водила О и вала сателлита О' расположены на оси координат х.

Повернем водило Н на произвольный угол Центр О' перейдет в положение О'. За это время t вал сателлита повернется вокруг центра О; в проти-

или

S

ин = 2 Ю -

J sin ЮHt.

Ускорение ножа в относительном движении Jh = «в = (r1 + r2 )(»Hcos

или

S2 Jh = ттю-cos ю-t-

Ход ножа равен S = 2(r1 + r2). Переход от зависимостей ин

= /(ю t) или

ин = /(юн0 и /н = ф(юО или /н = ф(юО к зависимостям ин = /(х) и /н = ф(х) полностью идентичен известной процедуре для режущих аппаратов с криво-шипно-ползунным механизмом привода [1].

Рис. 4. Движение ножа с планетарным приводом

1

5

6

2

2

3

Рис. 5. К определению площадей подачи Ж и нагрузки УН для режущих аппаратов:

М = Мо = Б = 88 мм и М = Ш0 = Б = 84 мм

Особенности определения площади подачи ¥ и площади нагрузки / следующие.

В рассматриваемых РА М = М0 = Б = 88 мм и М = М0 = Б = 84 мм площадь подачи ¥ равна площади нагрузки /н, но их величина ¥=/ ^ ЬБ (Ь — подача РА), как в аппарате нормального резания с одинарным пробегом ножа (рис. 5).

Площадью подачи и нагрузки для этих РА является не площадь фигуры ¥АВС = ЬБ, а площадь ¥оего, являющейся частью ¥АВС:

FDEFG = ¥АВС — FADGC — -^Е.

С первой площадки bADGC растения отводятся клином 2-го пальца на его правую кромку и там будут срезаны другим сегментом. Растения с площадки BFE клином 1 -го пальца будут отведены на левую его кромку, где их срежет сегмент, расположенный слева от изображенного на диаграмме.

Построим вспомогательную траекторию абсолютного движения т. А' сегмента РА t = t0 = = S = 76,2 мм, которая очерчивает фигуру FA.BC., являющуюся площадью подачи и нагрузки для РА t = t0 = S = 76,2 мм. Покажем, что площадь вспомогательной фигуры Fa'B'C' равновелика площади Fdefg. Линия HK, соединяющая точки пересечения ветвей траекторий, делит обе площади на две части одинаковой высоты t0/2. Левая часть FHBK фигуры A'B'C' меньше фигуры Fhefk на две равные площадки HEB и BFK, тогда как правая часть FAHKC фигуры A'B'C' больше правой части FDHKG фигуры DEFG на две равных площадки A 'HD и C'KG. Из схемы наглядно видно, что все четыре площадки HEB, A'HD, BFK и C'KG равны друг другу, следовательно,

fab'c = Lto = ^defg = F = /н = Lto,

S

Учитывая, что t0 = —, получим n

F = /н = —.

n

Заключение. Предлагаемые методические подходы и расчетные зависимости позволяют определить кинематические, технологические, силовые и энергетические показатели сегментно-пальце-вых режущих аппаратов с перспективными механизмами привода ножа.

Список литературы

1. Ломакин С.Г. Расчет рабочих органов уборочных машин: методические рекомендации. — М.: ФГБОУ ВПО МГАУ, 2012. — 42 с.

2. Кленин Н.И., Киселев С.М., Левшин А.Г. Сельскохозяйственные машины. — М.: Колос, 2008. — 816 с.

УДК 661.15

A.М. Бондаренко, доктор техн. наук

B.В. Мирошникова

Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия

МОДУЛЬ ПО ПЕРЕРАБОТКЕ НАВОЗА МОЛОЧНОЙ ФЕРМЫ В ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫЕ УДОБРЕНИЯ ДЛЯ РАСТЕНИЕВОДСТВА

К

настоящему времени в большинстве регионов от общей его численности. Стабильно рентабель-

России основное поголовье животных смести- ным стало и производство молока. Для этой кате-

лось в личные подсобные и фермерские хозяйства, гории хозяйств разработаны многочисленные объ-

в том числе крупного рогатого скота — около 70 % емно-планировочные решения малых ферм, в том

16 -