CC BY
15
Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 4 (90)
Технические науки
2. Кузнецов Е.Е., Щитов С.В., Повышение эффективности использования мобильных энергетических средств в технологии возделывания сельскохозяйственных культур: монография. Благовещенск, 2017. 272 с.
3. Гуськов Ю.А. Совершенствование сборочно-транспортного процесса и технических средств на заготовке грубых кормов: дис. ... д-ра техн. наук. Новосибирск, 2007. 211 с.
4. Кушнарев, А.Н., Кузнецов Е.Е., Кривуца З.Ф. Совершенствование использования многозвенных тракторно-транспортных поездов // Техника и оборудование для села. 2020. № 6 (276). С. 14 - 17.
5. Методологическое обоснование выбора конструкции устройств рационального перераспределения сцепного веса / С.В. Щитов, С.А. Иванов, Е.Е. Кузнецов [и др.] // АгроЭкоИнфо. 2016. № 2 (24). 24 с.
6. Повышение продольно-поперечной устойчивости и снижение техногенного воздействия на почву колёсных мобильных энергетических средств: монография / С.В. Щитов, Е.Е. Кузнецов, Е.С. Поликутина [и др.] Благовещенск: Изд-во Дальневост. гос. аграр. ун-та, 2020. 148 с.
Сергей Николаевич Марков, аспирант. ФГБОУ ВО «Дальневосточный государственный аграрный университет». Россия, 675000, Амурская область, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86, toyota103@mail.ru
Семён Сергеевич Ус, магистрант. ФГБОУ ВО «Дальневосточный государственный аграрный университет». Россия, 675000, Амурская область, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86, magusus@mail.ru
Николай Вениаминович Пономарев, соискатель. ФГБОУ ВО «Дальневосточный государственный аграрный университет». Россия, 675000, Амурская область, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86, info@dalgau.ru
Алексей Иванович Гончарук, кандидат технических наук, доцент. ФГБОУ ВО «Дальневосточный государственный аграрный университет». Россия, 675000, Амурская область, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86, eirttmik@dalgau.ru
Евгений Евгеньевич Кузнецов, доктор технических наук, доцент. ФГБОУ ВО «Дальневосточный государственный аграрный университет». Россия, 675000, Амурская область, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86, ji.tor@mail.ru
Сергей Васильевич Щитов, доктор технических наук, профессор. ФГБОУ ВО «Дальневосточный государственный аграрный университет». Россия, 675000, Амурская область, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86, shitov.sv1955@mail.ru
Sergey N. Markov, postgraduate. Far Eastern State Agrarian University. 86, Polytechnic St., Blagoveshchensk, Amur region, 675000, Russia, toyota103@mail.ru
Semyon S. Us, Master's degree student. Far Eastern State Agrarian University. 86, Polytechnic St., Blagoveshchensk, Amur region, 675000, Russia, magusus@mail.ru
Nikolay V. Ponomarev, research worker. Far Eastern State Agrarian University. 86, Polytechnic St., Blagoveshchensk, Amur region, 675000, Russia, info@dalgau.ru
Alexey I. Goncharuk, Candidate of Technical Sciences. Associate Professor.Far Eastern State Agrarian University. 86, Polytechnic St., Blagoveshchensk, Amur region, 675000, Russia, eirttmik@dalgau.ru
Evgeny E. Kuznetsov, Doctor of Technical Sciences, Associate Professor. Far Eastern State Agrarian University. 86, Polytechnic St., Blagoveshchensk, Amur region, 675000, Russia, ji.tor@mail.ru
Sergey V. Shchitov, Doctor of Technical Sciences, Professor. Far Eastern State Agrarian University. 86,
Polytechnic St., Blagoveshchensk, Amur region, 675000, Russia, shitov.sv1955@mail.ru
-♦-
Научная статья УДК 532.787
Учёт присоединённой массы при расчёте частот колебаний трубчатых пружин
Сергей Петрович Пирогов12, Александр Юрьевич Чуба2
1 Тюменский индустриальный университет
2 Государственный аграрный университет Северного Зауралья
Аннотация. В статье представлены результаты изучения влияния присоединённой массы жёсткого наконечника трубчатой пружины на частоты свободных колебаний этой пружины. Приведены результаты экспериментально определённых частот свободных колебаний трубчатых пружин и значений частот, полученных в результате расчёта. Показано, что значительное влияние на частоту колебаний оказывает наличие присоединённой массы, роль которой играет жёсткий наконечник пружины. Предложено учитывать его влияние с помощью коэффициента, рассчитанного на основе экспериментальных данных. Получен график зависимости коэффициента понижения частоты в зависимости от отношения присоединённой массы наконечника к массе трубки, из которой изготовлена трубчатая пружина.
Ключевые слова: трубчатая пружина, собственная частота, колебания, присоединённая масса.
Для цитирования: Пирогов С.П., Чуба А.Ю. Учёт присоединённой массы при расчёте частот колебаний трубчатых пружин // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 4 (90). С. 164 - 167.
Original article
Taking into account the added mass in the calculation oscillation frequencies of tubular springs
Sergey P. Pirogov12, Alexander Yu. Chuba2
1 Tyumen Industrial University
2 Northern Trans-Ural State Agricultural University
Abstract. This article presents the results of studies of the effect of the attached mass of the rigid tip of a tubular spring on the frequencies of free vibrations of this spring. The results of experimentally determined frequencies of free vibrations of tubular springs and the values of the frequencies obtained as a result of the calculation are presented. It is shown that a significant influence on the vibration frequency is exerted by the presence of an attached mass, the role of which is played by a rigid spring tip. It is proposed to take into account its influence using a coefficient calculated on the basis of experimental data. A graph of the dependence of the frequency reduction coefficient on the ratio of the attached mass of the tip to the mass of the tube from which the tubular spring is made is obtained.
Keywords: tubular spring, natural frequency, vibration, attached mass.
For citation: Pirogov S.P., Chuba A.Y. Taking into account the added mass in the calculation oscillation frequencies of tubular springs. Izvestia Orenburg State Agrarian University.2021; 90(4): 164 - 167. (In Russ.).
Манометрические трубчатые пружины (трубки Бурдона) (рис. 1) применяются в качестве упругих чувствительных элементов в приборах для измерения давления, а также в качестве силовых элементов различных механизмов, например в робототехнических устройствах [1], тормозах [2], сельскохозяйственных машинах [3, 4] и т.д.
Материал и методы. Для улучшения характеристик манометрических пружин разработаны конструкции трубчатых пружин, имеющих переменное вдоль центральной оси поперечное сечение. Они могут быть изготовлены из трубок-
Рис. 1 - Манометрическая трубчатая пружина
заготовок с переменной толщиной стенки [5 - 7]. При проектировании манометрических устройств, на которые оказывают влияние вибрации, важно знать частоты свободных колебаний трубчатых пружин, а также зависимость частот колебаний от внутреннего давления и от конструктивных параметров трубки.
Для определения частот свободных колебаний использовался универсальный виброанализатор модели «ТОПАЗ-В» (КУ-080-В) фирмы-производителя «Диамех».
Виброанализатор комплектуется акселеоме-тром пьезоэлектрического типа модели РА023 со встроенным предусилителем, обеспечивающим высокую чувствительность, помехозащищённость и линейность характеристик. Производитель рекомендует производить измерения вибрации с помощью прилагаемого в комплекте щупа, привернув его к датчику и удерживая его рукой. Частотный диапазон прибора от 0,3 Гц до 40 кГц, погрешность измерений - 5 %.
Для решения поставленных задач было проведено исследование ряда образцов манометрических пружин. Пружины в ряду предназначены для работы при различном максимальном давлении из диапазона от 0,06 до 10 МПа.
Результаты исследования. В таблице 1 представлены значения частот собственных колебаний образцов при различном внутреннем давлении: нулевом - строка 4, среднем - строка 5 и максимальном - строка 6.
1. Значения частот свободных колебаний образцов при различном внутреннем давлении, Гц
Образец, № 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Толщина стенки h, мм 0,18 0,2 0,25 0,3 0,4 0,5 0,5 0,6 0,6 0,8
Номинальное давление Pmax, кгс/см2 0,6 1 1,6 2,5 4 6 10 16 25 40
P = 0 1 ном u 37,6 58,2 75,5 82,6 103 111 113 120 115 155
P 1 ср 37,7 58,8 76,4 83,4 101 111 113 119 115 153
P 1 max 37,9 59,6 77,4 83,3 99,3 108 112 120 114 159
Откл., % 0,7 2,3 2,4 0,8 -3,6 -2,7 -0,9 0,0 -0,9 2,6
Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 4 (90) _
.Технические науки
Анализируя таблицу 1, можно сделать вывод, что отклонение частоты свободных колебаний трубчатых пружин при внутреннем давлении, не превышающем максимальное рекомендованное заводом-изготовителем, находится в пределах погрешности виброанализатора (отклоняется незначительно), и им можно пренебречь. Это можно объяснить тем, что при эксплуатации пружин под давлением, находящимся в пределах рабочего диапазона, деформация поперечного сечения незначительна и жёсткость пружины меняется мало.
Чтобы оценить значения собственных частот колебаний [8 - 10], полученных теоретически, сравним их со значениями, полученными в результате экспериментов. Результаты сравнения приведены в таблице 2.
Сравнение частот свободных колебаний, полученных теоретически и экспериментально, показывает значительное отклонение теоретических значений от экспериментальных данных. При этом видна закономерность: чем меньше максимальное рабочее давление трубчатой пружины, тем больше отклонение теоретически полученного значения частоты.
Это объясняется тем, что ширина рабочего диапазона в значительной мере зависит от толщины стенки. Образцы каждого ряда имеют различную толщину стенки трубки, а значит, и различную массу трубок.
Массы жёстких наконечников 1 (рис. 1) у всех образцов оказались одинаковыми, а массы пружин различны. Т.е. соотношение между массой наконечника и массой трубки возрастает у тонкостенных трубок. Поэтому можно сделать вывод о значительном влиянии наконечников (присоединённой массы) на собственные частоты.
В следующей серии опытов наконечники были демонтированы и измерялись собственные частоты трубок без наконечников. Результаты сравнений частот трубчатых пружин без наконечников приведены в таблице 3.
Учитывать влияние наконечников предложено с помощью коэффициента К:
V
К = -э
э.бн
где Vэ.н - экспериментальная собственная частота колебаний пружины с наконечником; vэ.бн - экспериментальная частота колебаний пружины без наконечника. Данный коэффициент зависит от отношения массы наконечника к массе трубки, из которой изготовлена пружина. Значения коэффициента К были определены отношением частоты собственных колебаний трубчатой пружины с наконечником к частоте колебаний пружины без наконечника, полученных опытным путём.
Расчёты коэффициента К представлены в таблице 4.
Зависимости коэффициента К понижения частоты от отношения масс аппроксимированы полиномом второй степени и представлены в графическом виде на рисунке 2.
Роль жёсткого наконечника может играть лемех культиваторной лапы [3, 4], где влияние его ещё больше возрастает.
Выводы. Сравнение теоретических и экспериментальных значений показало хорошее согласование, так как отклонения не превысили 5%. Это говорит о достаточной точности расчётов во всех диапазонах геометрических параметров трубок и о необходимости учёта присоединённой к концу трубки массы, роль которой играет наконечник.
V
2. Значения частот собственных колебаний
Рном, кг/СМ2 0,6 1 1,6 2,5 4 6 10 16 25 40
h, мм 0,18 0,2 0,25 0,3 0,4 0,5 0,5 0,6 0,6 0,8
V, Гц (опыт) 37,6 58,3 75,5 82,6 103 111 113 120 115 155
V, Гц (расчёт) 69,8 101 118 121 146 148 163 165 159 203
Отклонение, % 85,6 73,2 56,3 46,5 41,7 33,3 44,3 37,5 38,3 30,9
тнакон / ^труб 0,959 0,876 0,655 0,531 0,308 0,240 0,339 0,278 0,250 0,254
3. Значения частот собственных колебаний пружин без наконечников
Образец, № 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
V, Гц (опыт без након.) 66,5 96,7 118 122 142 149 157 163 155 199
V, Гц (расчёт) 69,8 101 118 121 146 148 163 165 159 203
Погрешность, % 4,9 4,2 0,8 0,7 2,8 4,2 3,8 1,2 2,0 2,6
4. Значения коэффициента понижения частоты
Образец, № 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
К 0,565 0,602 0,640 0,677 0,725 0,745 0,720 0,736 0,742 0,779
т након / ^труб 0,959 0,876 0,655 0,531 0,308 0,240 0,339 0,278 0,250 0,254
0.7.O.Î СЫ 0.5 0 6 0.7 0 8 m/M
Рис. 2 - Значения коэффициента понижения частоты
Литература
1. Александрова А.Т. Новые способы передачи и формирования движения в вакууме. М.: Высшая школа, 1979. 69 с.
2. А.с. 465501 СССР, MnKF 16 D 49/16. Внешний колодочный тормоз: № 1773092/25-27 / Тыжнов Г.И., Буженко В.Е.; заявит. Тюменский индустриальный институт; заявл. 13.04.72; опубл. 30.03.75.
3. Кокошин С.Н. Физические основы процесса разрушения почвы // Вестник государственного аграрного университета Северного Зауралья. 2015. № 4 (31). С. 100 - 104.
4. Кокошин С.Н. Культиваторные стойки с измеряемой жёсткостью // Сельский механизатор. 2012. N° 5. С. 8
5. Пат. 2093805 Российская Федерация, МПК G01L 7/04. Манометрическая трубчатая пружина / Пирогов С.П., Пономарева Т.Г.; патентооблад. Тюменский государственный нефтегазовый университет; № 96105858/28; заявл. 26.03.96; опубл. 20.10.97
6. Пат. 211146 Российская Федерация, МПК G01L 7/04. Манометрическая трубчатая пружина; № 96105858/28/ Пирогов С.П., Пономарева Т.Г, Вол-жаков А.А.; патентооблад. Тюменский государственный нефтегазовый университет; заявл. 10.11.96; опубл. 20.05.9820
7. Пат. 2285904 Российская Федерация, МПК G01L 7/04. Манометрическая трубчатая пружина со вставками; № 2005113487/28 / Пирогов С.П., Чуба А.Ю., Самакалев С.С.; патентооблад. Тюменский государственный нефтегазовый университет; заявл. 03.05.2005; опубл. 20.10.2006
8. Пирогов С.П., Чуба А.Ю. Расчёт частот собственных колебаний манометрических трубчатых пружин // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2012. Т. 55. № 1. С. 39 - 42.
9. Pirogov S.P., Cherentsov D.A., СМЬа A.Y. Study of elastic sensing elements for vibration-resistant pressure gauges // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. С. 012015.
10. Pirogov S.P., Qiuba A.Y, Cherentsov D.A. Effect of section shape on frequencies of natural oscillations of tubular springs // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2018; 357: 012032.
Сергей Петрович Пирогов, доктор технических наук, профессор. ФГБОУ ВО «Тюменский индустриальный университет». Россия, 625000, г. Тюмень, ул. Володарского, 38, pirogovcp@gausz.ru
Александр Юрьевич Чуба, кандидат технических наук. ФГБОУ ВО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья». Россия, 625003, г. Тюмень, ул. Республики, 7, chubaaly@gausz.ru
Sergey P. Pirogov, Doctor of Technical Sciences, Professor.Tyumen Industrial University. 38, Volodarsky St., Tyumen, 625000, Russia, pirogovcp@gausz.ru
Alexander Yu. Chuba, Candidate of Technical Sciences. Northern Trans-Ural State Agricultural University. 7,
Republic St., Tyumen, Tyumen region, 625003, Russia, chubaaly@gausz.ru
-♦-
Научная статья УДК 62-65
Повышение эффективности использования грузовых автомобилей для вывоза сельскохозяйственной продукции в условиях низких температур
Александр Викторович Кучер, Зоя Фёдоровна Кривуца, Константин Евгеньевич Кузнецов,
Алексей Иванович Гончарук, Сергей Васильевич Щитов, Евгений Евгеньевич Кузнецов
Дальневосточный государственный аграрный университет
Аннотация. Одной из главных проблем при эксплуатации энергетических средств в условиях низких температур является затруднительный запуск двигателя после продолжительной стоянки. При эксплуатации автомобилей в этих условиях большая нагрузка ложится на всю систему энергообеспечения. Это обусловлено тем, что при работе автомобилей при низких температурах приходится включать большое количество приборов, чтобы обеспечить нормальные условия движения, управления и работы водителя. В этом случае нагрузка ложится на аккумуляторные батареи. Для нормальной работы аккумулятора температура электролита должна находиться в пределах 0 - 30 град., чтобы аккумуляторная батарея смогла обеспечить достаточный пусковой ток, необходимый в момент запуска двигателя. Приведены результаты исследований по повышению эффективности работы аккумуляторных батарей при эксплуатации грузовых автомобилей в зимних условиях эксплуатации за счёт использования специального устройства, способного аккумулировать и отдавать тепловую энергию во время работы.
