CC BY
23
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 631.331+631.315.2
РАСЧЕТ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ РЫЧАЖНОГО ВАРИАТОРА ПРИВОДА ВЫСЕВАЮЩИХ АППАРАТОВ СЕЯЛКИ-КУЛЬТИВАТОРА ССВ-3,5
А. В. Антонов, аспирант; Н. П. Ларюшин, доктор техн. наук, профессор
ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА», т.: (8-8412) 62-85-17, е-таИ: [email protected]
Урожайность сельскохозяйственных культур напрямую связана с точной установкой нормы высева семян, которая изменяется за счет изменения рабочей длины высевающих катушек и изменения передаточного отношения. Передаточное отношение на сеялках регулируется в основном за счет редукторов. Редуктор обеспечивает ступенчатую установку передаточного отношения и тем самым ступенчатую установку нормы высева, что ведет к снижению урожайности культуры. Поэтому с целью решения данной проблемы на кафедре «Сельскохозяйственные машины» был разработан и изготовлен рычажный вариатор привода высевающих аппаратов сеялок.
Ключевые слова: вариатор, рычажный механизм, норма высева семян, сеялка, редуктор.
В последние годы интерес к проблемам посева сельскохозяйственных культур значительно возрос, что объясняется важностью этой операции для повышения урожайности сельскохозяйственных культур, необходимостью внедрения в производство интенсивных и ресурсо- влагосбере-гающих технологий.
Необходимость совершенствования посевных машин определяется разнообразием физико-механических свойств семян сельскохозяйственных культур, схем, способов, трудоемкости их посева и возделывания, а также различием почвенно-климатических условий и агротехнических требований. Так, для посевных машин одним из самых перспективных и надежных с хорошими показателями качества и точности соблюдения нормы высева является механический привод высевающих аппаратов.
Механический привод высевающих аппаратов - это привод, осуществляемый непосредственно от ходовых колес сеялки или от дополнительных приводных колес, опирающихся на ходовое колесо либо непосредственно на почву. Для изменения скоростей вращения предусмотрены сменные звездочки, коробки передач или ва-
риаторы, а для отключения привода при транспортных переездах и поворотах - разобщители, управляемые с помощью гидравлических, механических и электрических устройств.
В настоящее время одним из самых распространенных способов изменения частоты вращения высевающих аппаратов являются сменные звездочки и редукторы. К сожалению, эти способы изменения частоты вращения высевающих аппаратов имеют ряд недостатков, которые оказывают влияние на норму высева и в конечном результате на урожайность культуры. Так, одним из самых главных недостатков является сложность в регулировке нормы высева за счет ступенчатости изменения передаточного отношения редуктора. Данный недостаток устраняется путем установки вариатора, с помощью которого передаточное отношение изменяется во всем диапазоне регулирования плавно, бесступенчато. Это позволяет более точно выбирать режим, в котором достигается оптимальная норма высева семян. Также при использовании вариатора сокращается время на настройку сеялки, что позволяет отказаться от регулировки нормы высева
12 3 4 5 6 7
Рис. 1. Схема сеялки-культиватора ССВ-3,5: 1 - дышло; 2 - передний мост; 3 - маркёр; 4 - привод катушечно-винтовых высевающих аппаратов; 5 - бункер для семян и удобрений; 6 - привод туковых аппаратов; 7 - площадка; 8 - катушечно-винтовые высевающие аппараты; 9 - колесо заднее; 10 - выравнивающее устройство; 11 - рама; 12 - сошник; 13 - переднее колесо; 14 - прикатывающее устройство
путем изменения длины высевающих катушек, при этом улучшается равномерность высева, исключается дробление семян, упрощается настройка в полевых условиях [10].
Из вышесказанного следует, что вариатор на сеялке имеет ряд преимуществ перед редукторами. Анализ всех известных типов вариаторов привёл к выводу, что для сеялок необходим вариатор с широким диапазоном работы, с началом рабочего цикла от нулевого передаточного отношения или близкого к нулю, простой в эксплуатации и обслуживании и небольшого размера. Такие характеристики имеют ва-
риаторы импульсного типа. Базовые импульсные вариаторы не нашли применения на сеялках, так как все представленные вариаторы сложны в изготовлении либо не имеют подходящих для сеялки характеристик. В связи с этим нами была поставлена цель разработать импульсный вариатор, имеющий необходимые эксплуатационные характеристики, экономически выгодный в изготовлении и эксплуатации. В настоящее время эта работа завершена и проведены испытания вариатора в составе с сеялкой ССВ-3,5, выпускаемой заводом ООО «КЗТМ» г. Кузнецка Пензенской области (рис. 1) [1; 2; 10; 11].
Нива Поволжья № 2 (19) май 2011 57
Разработанный нами вариатор можно представить в виде двух шарнирных четы-рехзвенников (рис. 2), состоящих из неподвижных звеньев А, В и С, кривошипов Лй, ВЕ и СО, стержней йЕ и РО, совершающих возвратно-поступательные движения, соединенных шарнирно. Кривошип Лй вращается с постоянной угловой скоростью ш. ВЕ и СО совершают качательные движения, а стержни йЕ и РО совершают возвратно-поступательные движения.
При этом точки Е и О движутся по дуге окружности между двумя крайними положениями (рис. 2). Зная необходимое передаточное отношение вариатора /, то есть максимальное передаточное отношение, необходимое для обеспечения максимальной нормы высева семян сельскохозяйственных культур, необходимо определить длину кривошипа Лй при длине кривошипа СО = с, где с определяется конструктивными возможностями данного механизма.
Для определения длины кривошипа Лй нам понадобится определить максимальную длину пройденного точкой О пути от одного до другого крайнего положения кривошипа. Для этого найдем угол поворота а выходного звена в точке С:
а = 360-/,
(1)
где а - угол поворота выходного звена в точке С за один полный оборот входного звена в точке А;
/ - передаточное отношение вариатора.
Представив кривошип СО в двух крайних положениях и соединив точки О и Оь мы получим треугольник СОО^. По теореме косинусов можно определить длину пути ОО1 точки О за половину оборота кривошипа Лй:
002 = СО2 + СО2, - 2 • СО • СО, • ^(а), (2)
где СО - длина кривошипа в первом крайнем положении;
СО1 - длина кривошипа во втором крайнем положении.
Так как СО и СО1 это длина одного и того же кривошипа, но в разных положениях, то СО = СО1, следовательно:
(3)
0012 = 2 •СО2 - 2 •СО2 •оо^а). Преобразовав формулу 3, получим:
оо
(4)
Длина пути ОО1О, пройденного точкой О за один полный оборот кривошипа Лй, равна
ООО = 2О0, (5)
так как кривошип СО совершает качатель-ные движения и точка О за один полный оборот кривошипа Лй проходит путь от одного крайнего положения до второго и возвращается обратно в исходное положение.
Исходя из того, что за один полный оборот кривошипа Лй точка О проходит путь, равный ОО1О, можно сделать вывод, что максимальное удаление и максимальное приближение точки й к выходному звену - диаметр окружности, описываемой точкой й вокруг точки Л. Следовательно, диаметр окружности, описываемой точкой й, равен длине пути, пройденного точкой О от одного крайнего положения до второго, то есть ОО1, а длина кривошипа Лй равна половине диаметра окружности, описываемой точкой й вокруг точки Л:
ЛБ =1 •ОО,. (6)
тттпттг тппппт
Рис. 3. Схема рычажного вариатора при среднем передаточном отношении
со
Рис. 4. Схема рычажного вариатора при совмещенных точках В и Р
Подставив в формулу 6 значения формул 5, 4 и 1, получим длину кривошипа Лй:
ЛБ=
^2С02{1-со;{Зв0-1))
2
Преобразуем формулу 7:
ЛБ =
со/~СО52360-;)).
(7)
(8)
Длина кривошипа ВЕ на размеры кривошипов Лй и СО не влияет, а лишь влияет на диапазон изменения передаточного отношения вариатора. Чем длиннее кривошип ВЕ, тем больше диапазон изменения передаточного отношения вариатора [5; 3; 4; 6; 9].
Изменение передаточного отношения вариатора происходит за счет изменения длины плеча ВР рычага ВЕ (рис. 3). То есть при уменьшении плеча ВР уменьшается угол а1 - угол качания кривошипа СО, а следовательно, уменьшается передаточное отношение вариатора при постоянной длине кривошипов ВЕ и Лй.
При совмещении точек Р и В (рис. 4) вариатор останавливается, так как кривошип СО не получает качательного движения от кривошипа ВЕ, а следовательно, и угол отклонения а = 0 [7; 8; 12].
По данным расчетам можно вычислить размеры рабочих органов рычажного вариатора, таких, как кривошип и коромысло. Эти два параметра наиболее важны при расчете рычажного вариатора на необходимое передаточное отношение.
Литература
1. Антонов, А. В. Обоснование выбора вариатора для сеялок с механическим приводом высевающего аппарата / А. В. Антонов, А. А. Пяткин // Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК России: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. - Пенза: РИО ПГСХА, 2010. - С. 148-149.
2. Антонов, А. В. Обзор современных посевных машин с механическим приводом высевающих аппаратов / А. В. Антонов, А. В. Бучма // Инновационные идеи молодых исследователей для агропромышленного комплекса России: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции студентов. Том 1. - Пенза: РИО ПГСХА, 2010. - С. 143-145.
3. Артоболевский, И. И. Теория механизмов / И. И. Артоболевский. - М.: Наука, 1975. - 719 с.
4. Артоболевский, И. И. Теория механизмов и машин / И. И. Артоболевский. -М.: Наука, 1975. - 638 с.
5. Бать, М. И. Теоретическая механика в примерах и задачах / М. И. Бать, Г. Ю. Джанелидзе, А. С. Кельзон; под ред. Д. Р. Мер-кина. Т. 1. Статистика и кинематика. - 8-е изд., перераб. - М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1984. - 504 с.
6. Благонравов, А. А. Механические бесступенчатые передачи нефрикционного типа / А. А. Благонравов. - М.: Машиностроение, 1977. - 143 с.
Нива Поволжья № 2 (19) май 2011 59
7. Есипенко, Я. И. Механические вариаторы скорости / Я. И. Есипенко. - К.: Гос-техиздат УССР, 1961. - 220 с.
8. Кожевников, Н. Теория механизмов и машин / Н. Кожевников. - М.: Машиностроение, 1973. - 591 с.
9. Кропп, А. Е. Приводы машин с импульсными вариаторами / А. Е. Кропп. - М.: Машиностроение, 1988. - 144 с., ил.
10. Ларюшин, Н. П. Состояние вопроса привода механических высевающих аппаратов зерновых сеялок / Н. П. Ларюшин, А. В. Антонов // Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК России: сб. мат-лов Всерос. научно-практической конференции молодых ученых. - Пенза: РИО ПГСХА, 2009. - С. 51.
11. Шуков, А. В. Обоснование выбора конструкции высевающего аппарата сеялки подпочвенно-разбросного посева / А. В. Шу-ков, А. В. Антонов // Научный потенциал студенчества - агропромышленному ком-
плексу России: сборник материалов научной конференции. - Пенза: РИО ПГСХА, 2008. - С. 204-205.
12. Ревков, Г. А. Механические бесступенчатые передачи / Г. А. Ревков. - М.: ЦШТИ, 1958. - 48 с.
13. А. с. № 155373 СССР. Привод с автоматическим бесступенчатым регулированием чисел оборотов / Н. В.Гулиа. -Опубл. 1963; Бюл. № 12.
14. А. с. № 540092 СССР. Кривошипно-кулисный вариатор скорости / Ю. Ф. Деем-ченко. - Опубл. 25.12.1976; Бюл. № 47.
15. А. с. № 1193344 СССР. Кривошипно-шатунный механизм с регулируемой длиной кривошипа / В. В. Бирюлин, Л. Н. Горохов, В. Б. Коровкевич, Р. Д. Сухих, И. Ю. Сухов. - Опубл. 23.11.1985; Бюл. № 43.
16. Пат. № 2104426 РФ. Рычажный вариатор / А. А. Синицын. - Опубл. 10.02. 1998; Бюл. № 22.
