CC BY
141
3. Кирсанов В.В., Симарев Ю.А., Филонов Р.Ф.. Механизация и автоматизация животноводства : учебник. М: ЦЕНТР, 2004. 400 с.
4. Кленин Н. И., Егоров В. Г. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины. М.: Колос, 2003. 464с.
5. Машины для уборки технических культур: учеб. пособие / С.М. Красноступ [и др.]. Ростов н/Д.: РГАСХМ, 1996. 136 с.
6. Основы проектирования сельскохозяйственных машин / Ю.И. Ермольев [и др.].: учебник. Тула: Гриф и К, 2006. 640 с.
7. Прейс В.В. Проектирование машин и аппаратов пищевых и перерабатывающих производств: учеб. пособие. Тула: Изд-во ТулГУ, 2005. 156 с.
8. Растениеводство / Н.А. Майсурян [и др.]. М.: Колос, 1965. 520 с.
9. Сельскохозяйственная энциклопедия; под ред. В.В. Мацкевич, П.П. Лобанов. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Советская энциклопедия, 1971. 390 с.
V. Morozov
Analysis offunctional-structural components of machines for agricultural purpose
The structure and configuration of constituent elements that influence technological machines at all stages of their use are analyzed. A building structure with the identification of relations between the components of agricultural machines is shown.
Keywords: agricultural machinery, equipment and the technology of agriculture, the functional structure.
Получено 12.01.10
УДК 621.825.5
С.А. Сергеев, канд. техн. наук, доц., (4712) 58-71-16, ssa-cib@yandex.ru (Россия, Курск, КурскГТУ)
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
ПРИ ВЫБОРЕ ТИПА КОМПЕНСИРУЮЩЕЙ МУФТЫ
Рассмотрена задача выбора типа компенсирующей муфты.
Ключевые слова: компенсирующая муфта, цепная муфта, технико-
экономический анализ.
Стремление получить максимальную эффективность - основа современного этапа развития науки и техники, причем это стремление должно реализовываться еще в процессе проектирования инженерных объектов [1].
Муфты, входящие во многие машины и механизмы, выпускаемые в отрасли химического и нефтяного машиностроении, являются ответственными узлами привода, работающими в различных условиях и часто определяющими надежность всего машинного агрегата. Хотя стоимость самих муфт невелика по сравнению со стоимостью основного оборудования, вы-
28
ход их из строя увеличивает время простоя оборудования, что ведет к большому экономическому ущербу.
Среди муфт важное место занимают компенсирующие муфты, служащие для соединения валов, оси которых имеют смещения (буровое оборудование), обусловленные неточностью изготовления и монтажа, а также упругими деформациями. Тип компенсирующей муфты и ее параметры оказывают влияние на показатели привода машин, в частности, на его габариты и массу, энергетические, пусковые и динамические характеристики, стоимость изготовления и затраты на эксплуатацию, показатели надежности работы. Поэтому выявление критериев эффективности (качества) компенсирующих муфт является важным этапом проектирования машинных агрегатов. По существу, на данном этапе необходимо построить объективную «шкалу ценностей», позволяющую сравнивать различные типы муфт, тем более, что многообразие конструкций компенсирующих муфт не всегда связано с потребностью в нем эксплуатационников, а обусловлено зачастую другими соображениями (например, патентными ограничениями).
Следует различать две группы критериев качества муфт [1]. К первой группе относятся критерии, оценивающие непосредственно качество выполнения требуемой работы и соответствующие техническим характеристикам: масса муфты, передаваемый вращающий момент, силовое воздействие на валы, КПД, точность передачи движения, виброактивность и т.п.
Вторая группа объединяет те критерии, которые характеризуют технико-экономические свойства муфт: трудоемкость, себестоимость, надежность и т. п.
Рассмотрим критерии качества муфт, относящиеся к первой группе.
Одним из критериев, определяющих целесообразность использования муфты того или иного типа, является относительная (удельная) нагрузочная способность
у = Мт/б,
где МТ - передаваемый муфтой вращающий момент; б - масса муфты, зависящая от конструкции, размеров и материала.
Важной характеристикой компенсирующих муфт является их воздействие на соединяемые валы и опоры, которое может быть оценено коэффициентом воздействия [2].
Кв = Гв / Г или Кв = Мн / Мт, где Гв = Гг - радиальная сила, действующая на валы со стороны муфт; / = 2Мт / й - окружная сила (й - диаметр окружности центров шарниров, пальцев и т. п.).
Компенсация вредного влияния несоосности соединяемых валов осуществляется за счет подвижности практически жестких деталей или деформации упругих элементов. В первом случае часть энергии расходуется на преодоление внешнего трения, а во втором - внутреннего. Потери
энергии можно оценить коэффициентом потерь или коэффициентом полезного действия
П = 1 - (Аf / 2пМТ), где Аf - работа вредных сопротивлений муфты за цикл; 2лМ^ - затраченная работа за то же время (за один оборот ведущего вала).
Очевидно, что по КПД можно прогнозировать ресурс муфты, обусловленный износостойкостью основных элементов и, кроме того, ее демпфирующую способность [3, 4].
О точности передачи движения можно судить по колебаниям угловой скорости или передаточного отношения
u1,2 = ©1 / ®2.
По кинематике компенсирующие муфты можно отнести к полукар-данам [1], не имеющим конструктивно выполненных осей качания, но допускающим поворот осей валов в пределах небольшого угла g. Как и у по-лукардана, ведомый вал, если он не соосен с ведущим, будет вращаться с переменной угловой скоростью при ©1 = const так, что мгновенное передаточное отношение
м1,2 = (1 - sin2 8 cos2 9i)/cos 8, где ф1 - переменный угол поворота ведущего вала, отсчитываемый от некоторого исходного положения, будет величиной переменной.
Переменность U12 обуславливает дополнительные динамические
нагрузки на элементы привода, что вызывает снижение их ресурса и является одной из причин возникновения вибрации и шума.
Перейдем к рассмотрению критериев качества второй группы. Трудоемкость и тесно связанная с ней себестоимость изготовления компенсирующих муфт, как и любой другой продукции машиностроения, определяются их конструкцией и возможностями производства. Эти экономические показатели, а также показатели надежности муфт существенно зависят от проработки их конструкции на технологичность. Задача эта является общей для всех муфт приводов. Необходимо отметить, что вопросы обеспечения технологичности и надежности муфт на стадии их проектирования в настоящее время еще не получили должного развития. Положение усугубляется тем обстоятельством, что проектирование и изготовление муфт осуществляются не специализированными предприятиями. В конечном счете, конструктор не располагает объективными данными о критериях качества, относящихся ко второй группе. В этой связи можно рекомендовать для сравнительной оценки типов компенсирующих муфт их оптовые цены, приводимые в соответствующих прейскурантах.
Проведенный анализ критериев качества компенсирующих муфт позволяет сделать следующие выводы: задача выбора типа компенсирующей муфты многокритериальна; возможно большое количество (теорети-
30
чески неограниченное множество) разновидностей компенсирующих муфт для удовлетворения критериев первой группы; критерии второй группы существенно ограничивают возможные варианты, оставляя один-два из них; вторая группа критериев логически должна рассматриваться после первой; при анализе критериев первой группы возможна формализация процесса выбора множества допустимых вариантов, а значит, и полная автоматизация самого выбора с помощью ЭВМ. Для этого необходимо установить функциональную зависимость критериев от параметров муфт, построить аппроксимационные модели качества и провести имитационные эксперименты на ЭВМ; труднее поддается формализации выбор типа муфты с учетом критериев второй группы.
В связи с изложенным очевидно, что для успешного решения задачи выбора типа компенсирующей муфты с оптимальными значениями параметров необходимо располагать достоверными данными о влиянии этих параметров на критерии качества. Однако, несмотря на многочисленные работы по исследованию муфт приводов, конструктор обычно не располагает указанными данными. Достаточно сказать, что в литературе практически отсутствуют сведения о КПД основных типов компенсирующих муфт, хотя КПД является интегральным критерием качества. Тем более нет информации о зависимости КПД от смещений осей соединяемых валов. Отсутствуют данные о воздействии муфт на валы при различных смещениях их осей и
о влиянии этих смещений на нагрузочную способность и ресурс муфт.
Наличие многообразных частных критериев качества осложняет решение задачи выбора типа компенсирующей муфты. Для конструктора лучше иметь один критерий, который должен быть представительным (отражает меру эффективности муфты) и критичным (чувствительным к изменению ее параметров), а также наиболее простым по форме.
В КурскГТУ на кафедре машиностроительных технологий и оборудования разработан комплексный (обобщенный) критерий предварительной оценки качества компенсирующих муфт - K к = эффект/затраты. Если в качестве эффекта возьмем относительную (удельную) нагрузочную способность муфт, а в качестве затрат - оптовую цену C, тогда
Кк = Y / C. (1)
Формула (1) применима в тех случаях, когда сравниваемые муфты имеют одинаковый срок службы Lh . В противном случае
К к = YLh / C .
Если задан требуемый срок службы Lh, то
К к = YLh/ ¿C,,
i=1
n
У C
где ^ 1 - суммарные затраты с учетом затрат, связанных с заменой от-
i=1
дельных деталей или всей муфты за время .
Другие из рассмотренных выше критериев могут быть учтены через их влияние на передаваемый муфтой вращающий момент (для этого необходимо установить соответствующие функциональные зависимости) или путем введения определенных ограничений.
В виде примера оценим по ГОСТ 20742-81 качество цепных муфт: МЦО с однорядной роликовой цепью ПР-38.1-12700, имеющей 12 звеньев, и МЦД с двухрядной роликовой цепью 2ПР-38.1-25400 с таким же числом звеньев. Основные показатели качества этих муфт приведены в таблице.
Как видно из таблицы, комплексный критерий качества у муфты МЦД почти в 2 раза выше, чем у МЦО. Предельная частота вращения для МЦО и МЦД соответственно 700 и 1200 мин-1.
Проведенный анализ показывает, что по комплексу показателей качества муфта МЦД более эффективна, чем МЦО. Отсюда становится понятным тот факт, что иностранное фирмы, например, «DODGE», «RE-NOLD», применяют в подавляющем большинстве случаев муфту МЦД.
Основные показатели качества муфт МЦО и Мі ЦД
Тип муфты Передаваемый момент МТ, Нм. Масса G, кг Удельная нагрузочная способность у, Н-мкг’1 Оптовая цена C, РУб. Комплексный критерий качества Kк
МЦО МЦД 2000 6000 24.5 31.5 81,5 220,0 20100 27725 0,0040 0,0079
Таким образом, задача выбора типа компенсирующей муфты, как и любая задача машиноведения, является многокритериальной. Для предварительной оценки качества компенсирующих муфт можно использовать один комплексный критерий, определяемый такими важными показателями, как удельная нагрузочная способность муфт и их оптовая цена. Другие критерии можно учитывать через их влияние на передаваемый муфтой момент (для этого необходимо располагать соответствующими функциональными зависимостями) или путем введения определенных ограничений.
Работа выполнена по теме гранта Президента Российской Федерации №МК-1109.2009.8.
Список литературы
1 Тарабасов Н.Д., Учаев П.Н. Цепные муфты. Проектирование, изготовление и эксплуатация: справочник. М. : Машиностроение, 1987. 256 с.
2 Учаев П.Н. Разработка методов расчета и оптимального проектирования скоростных цепных передач и муфт: дис. ... д-ра техн. наук. Харьков: ХПИ, 1992. 398 с.
3 Учаев П.Н., Емельянов С.Г., Сергеев С.А. Сравнение КПД цепных муфт // Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации: сборник материалов 4-й Международной научнотехнической конференции. Курск: КурскГТУ, 2006. С. 128-132.
4. Учаев П.Н., Сергеев С.А. Коэффициент полезного действия цепных муфт // Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3 (23). С. 70-73.
5. Sergeev
The technical and economic analysis at the choice of type compensating clutches
The problem of a choice of type compensating clutches is considered.
Keywords: ompensating clutches, chain clutches, techno-economic analysis.
Получено 12.01.10
УДК 531
Л.А. Булатов, канд. техн. наук, доц., (4872)35-18-32, tm@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
В.Д. Бертяев, канд. техн. наук, проф., (4872)35-18-32, vit@tula.net (Россия, Тула, ТулГУ),
А.Е. Киреева, канд. техн. наук, доц., (4872)35-18-32, kirealena@yandex.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
КИНЕМАТИКА ПРИБЛИЖЕННОГО КУЛИСНОГО СИНУСНОГО МЕХАНИЗМА
Представлен кинематический анализ кулисного синусного механизма. Найдены кинематические параметры, которые обеспечивают более точное выполнение гармонического закона движения и уменьшения габаритных размеров механизма.
Ключевые слова: кинематика, механизм, кривошип, ползун, амплитуда, ускорение.
В технике возможна реализация нескольких десятков механизмов, воспроизводящих синусоидальный закон движения выходного звена, простейший из них - кулисный синусный механизм [1], состоящий из вращающегося кривошипа и ролика, - приводит в поступательное движение кулису. Такой синусный механизм требует очень точного выполнения ползуна и кулисы для обеспечения малых погрешностей воспроизведения синусоидального закона движения.
