Введение к работе
Актуальность проблемы. Увеличение производства продуктов питания
решение продовольственной проблемы в значительной мере зависит от
:хнико-экономического уровня и надежности сельскохозяйственных машин,
овременные тенденции развития комбайнов и другой сложной
:льскохозяйстпепнон техники направлены на повышение
зонэводительцости за счет возрастания эпсргонасыщенностн, рабочих соростен, автоматизации управления, обеспечения качества и расширения щпазона выполняемых операций. Но при этом увеличивается динамическая ігруженносгь элементов конструкций и машин в целом, что снижает их дажность.
Анализ отказов кормоуборочной техники показал, что значительная эля их приходится на жатки, измельчающие аппараты, механизмы привода трансмиссии. Поэтому повышение надежности машин требует міершенствования конструкций на основных стадиях существования Зьектов, т.е. при проектировании, изготовлении, испытаниях и ссплуагации.
Жатки и косилки, вследствие неуравновешенности рабочих органов и к. приводов, имеют высокую динамическую нагруженность. До 40% отказов ірмоуборочнмх машин приходится на них. Измельчающие аппараты обильных и стационарных машин для производства кормов являются лювным потребителем энергии силовой установки. Исследование их ібочих характеристик с целью совершенствования конструкций на основе іравления их динамическими процессами и надежностью является стуалышм.
Существующие методы и средства ускоренных испытаний на ідежность в малой степени имитируют реальные условия эксплуатации ашин, которые изменяются по случайному закону. Поэтому в значительной ере не сопоставимы результаты стендовых и эксплуатационных испытаний, также не эффективна оценка работоспособности и динамических ірактеристик исследуемых объектов.
В связи с этим актуальное значение приобретают вопросы управления шамическими процессами в машинах для кормопроизводства на основе оделировання колебательных систем, анализа их функционирования, >здания и испытания устройств, направленных на .совершенствование :хники рассматриваемого класса.
Связь работы с крупными научными программами, темами. Настоящая юота выполнена в ПО «Гомсельмаш» при разработке ГСКБ конструкций імоходньїх кормоуборочных комбайнов и унифицированных с ними при-:пных устройств, организацией их производства. Она связана с программа-
ми, которые определены в «Основных направлениях экономическою и социального развития СССР на 1986-1990 годы и на период до 2000 года», и подготовлена на основе заданий Госкомитета но пауке и технике СМ СССР (номера гоерегистрацни тем 78024017, 81016396," 01.85.014791, 01.88.0001597) в соответствии с планами важнейших ПИР в области естественных, технических наук по БССР (программы «Надёжность» и «Машиностроение»), утверждённых Советом Министров Республики Беларусь. Научно-иссл довательскис н экспериментальные работы проводились также в НПО «Машиностроитель» (г. Гомель) согласно заданиям общесоюзной «Программы приоритетных направлении создания техники новых поколений для модернизации агропромышленного комплекса в 1989-1995 гг. (шифр 12.1 -19.8).
1 {ель исследований. Систематизировать и обобщить методы управления динамическими процессами и надежностью для придания им целенаправленного изменения характеристик машины - снижения нагруженное при эксплуатации и увеличения ее во время испытаний. Создать и внедрить методы и средства ускоренных испытаний на надежность сборочных единиц и полнокомплектных машин.
Задачи исследований.
1. Разработать основные принципы управления надежностью и
динамическими промессами сложной сельскохозяйственной техники на
основных стадиях существования объекгов.
-
Изучить связь параметров и режимов работы жатвенных механизмов кормоуборочиых машин с их надежностью; установить зависимость крутильных колебаний or скорости резания стеблей; создать способы и системы уравновешивания приводных механизмов.
-
Выявить заїхономерности изменения динамической нагруженности в измельчающих аппаратах в зависимости от конструкционных и технологических факторов.
-
Создагь основы теории измельчающего аппарата резонансного тина.
5. Разработать механизм, управления технологическим процессом и
шаровой многобарабанной мельнице на основе двойного маятника,
функционирующего в резонансном режиме.
6 Оценить динамнческую.нагруженность трансмиссии кормоуборочиых машин и создать устройства для ее снижения.
7. Разработать н внедрить в промышленность инженерные методики, способы и средства ускоренных испытаний на надежность элементов конструкций и полнокомплектных* сельскохозяйственных машин на основе
резонансных сгендов, имнульсно-підравлпческих нагружателей, устройств со случайным нагруженнем.
Обыкш исследовании. Жатки, измельчающие аппараты, механизмы привода и трансмиссии кормоуборочных комбаіііюв КСК-100А, 1: 281, KUK-280 "Полесье", универсальное энергетическое средство УЭС-250 "Полесье", косилка-плющилка КТ1С-5Г.
Предмет исследования. Нагруженное іь рабочих оріаноо, приводов и трансмиссий машин для кормопроизводства, динамическое взаимодействие основных элементов конструкций.
МшшіУ..І!ссл^іоііаіііпі;Сіаиісі"ііческіій анализ надежности техники для производства кормов при нормальной и рядовой эксплуатации; маїематнческое моделирование нагруженности рабочих органов, приводов и трансмиссий машин для кормонроизоодсіва; эксплуатационные, стендовые н полигонные испытания.
Адекватность математических моделей и достоверность расчетных методов проверялась путем сравнения численных результате, полученных на ЭВМ, с экспериментальными данными.
Научная новизна.
-
Определены н исследованы основные факторы, определяющие динамическую нагруженное п>, безотказность и долговечность динамически активных конструкций.
-
Разработаны принципы управления динамическими процессами и надежностью сложной сельскохозяйственной техники при проектировании, изготовлении, испытаниях и эксплуатации.
-
Созданы методы и средства снижения динамической нагруженности жатвенных механизмов за счет применения центрального привода ножей режущих аппаратов, взаимного уравновешивания внутренних сил, применения упругих элементов с нелинейными характеристиками. Установлено негативное влияние крутильных колебаний на скорость резания стеблей растенчй.
4. Выявлены закономерности изменения нагрузок в барабанном
измельчающем аппарате, в зависимости or радиуса закругления
протнворежущего бруса, зазора между режущими элементами, податливости
привода и др. Предложена конструкция протнворежущего бруса с вогнутыми
гранями, что уменьшает нормальную составляющую усилия резания.
5. Показана возможносіь снижения динамической пагруженносп
дискового измельчающего аппараіа за счет применения составных ножей і
двухпоточной системы подачи технологической массы.
6. Разработаны основы теории и конструкции измельчающих анпараш
резонансного типа с качающимся противорежушим брусом.
7. Разработан механизм управления технологическим процессом j
шаровой многобарабанной мельнице на основе двойного маятника
функционирующего в резонансном режиме.
8. Определена динамическая нагруженность трансмиссии самоходной
кормоуборочного комбашга и предложены устройства, повышающщ
надежность конструкций.
9. Созданы методы и средства ускоренных испытаний сборочны;
единиц и полнокомплектных машин на основе управляемых резонансны;
стендов, импульсно-гидравлических нагружателей и устройств со случайнык
нагружен нем.
Новизну исследований, технических предложений, способов отработкт изделий и их испытаний подтверждают 57 авторских свидетельств и патентої на изобретение.
На защиту выносится:
-
Методы управления надежностью и динамическими процессами машнг для кормопроизводства на основе моделирования натруженности * рабочих характеристик - жатвенных механизмов, измельчающие аппаратов мобильных и стационарных машин, их механизмов привода * трансмиссий.
-
Основы проектирования и методики расчета жатвенных механизме! корМоуборочных машин.
-
Методы и средства снижения динамической нагруженности и повышения надежности жатвенных механизмов за счет применения центральной: привода ножей режущих аппаратов, уравновешивания внутренних сил и использования упругих элементов с нелинейными упругими характеристиками.
-
Закономерности изменения нагрузок в барабанном измельчающем аппарате в зависимости от радиуса закругления противорежущего бруса, зазора между режущими элементами, формы сечения противорежущего бруса, режима разгона барабана, податливости привода.
-
Основы теории и конструктивные предложения принципиально новых режущих аппаратов резонансного типа, обеспечивающих снижение нагруженности, энергоемкости и повышение надежности.
-
Способы упрочнения рабочих органов и других элементов конструкции за счет припекания порошковых материалов и лазерной обработки изделия.
7. Методы и средства ускоренных испытаний на надежность сборочных единиц и полнокомплектных машин на основе резонансных стендов, импульсно-гидравличееких нагружателей и систем со случайным нагружением с управлением от ЭВМ.
Практическая ценность работы. Разработанные под руководством и при (епосредственном участии автора конструктивно-технологические методы и средства управления динамическими процессами и надежностью шособствовали внедрению в ПО «Гомсельмаш» кормоуборочного комбайна ССК-100А, комбайна нового поколения КВК-280 "Полесье", универсального »нергетического средства УЭС-250 "Полесье" и специальных транспортных :редсгв к ним ПСЕ-Ф-12,5; ПСЕ-20. Экономический эффект от існользования комбайнов КСК-100 в сельском хозяйстве СССР и 'еспублики Беларусь составил более 75 млн. руб. в ценах до 1991 г. внедрение научно-исследовательских работ по методам и средствам [спытаний комбайнов, его рабочих органов, по снижению динамической іагруженностн основных агрегатов комбайнов и жаток позволило ежегодно 'кономить 4,2 млн. рублей в ценах до 1988 - 90гг. Основные положения іроектированшо, программы расчета нагруженности важнейших элементов онструкций, инженерные методики испьпаний и оригинальное стендовое борудование используются при модернизации и создании новой ельскохозянственнюй техник».
Реализация результатов работы. Предложения по совершенствованию онструкций машин для кормопроизводства, технологические методы прочнення деталей, инженерные методики испытаний и современное тендовое оборудование, созданное под руководством и непосредственным частием автора, внедрены на заводе «Гомсельмаш», ГСКБ, заводе амоходных комбайнов, заводе литья и нормалей, на тракторном заводе (г. Цёнебек, Германия) и используются на других предприятиях сельско-озяйственного машиностроения.
Апробация результатов работы. Основные положения работы сложены и обсуждены: Республиканской научно-технической конференции Повышение качества и технического уровня сельскохозяйственных машин -лючевое звено Продовольственной программы" (г. Минск, 1983 г.); еспубликанской научно-практической конференции "Повышение ехнического уровня, качества и надежности сельскохозяйственной техники" г.Минск, 1983 г.); семинарах-совещаниях "Динамика и надежность юбильных сельскохозяйственных машин" (г.Гомель, 1983 г.) и "Передовые етоды термической обработки материалов в машиностроении" (г.Гродно,
1985 г.); научно-технической конференции "Технологические процессы и оборудование для упрочнения деталей машин, инструмента и технологической оснастки"(г. Гомель, 1985 г.); Всесоюзной научно-практической конференции по проблемам повышения технического уровня и качества машин для животноводства и кормопроизводства (г.Киев, 1985 г.); республиканской научно-технической конференции по надежности кормоуборочной техники (г.Гомель, 1986 г.); научно-технических советах ПО Томсельмаш", Минживмаша; Всесоюзном семинаре-совещании по новой технике для сельского хозяйства в ВИСХОМе (г.Москва, 1986 г.); Семинарах специалистов стран СЭВ по проблемам повышения технического уровня и надежности кормоуборочной техники (г.Гомель, 1986 г., г.Нойштадт, ГДР, 1987 г.); Всесоюзной научно-технической конференции по методам и техническим средствам, применяемым при испытаниях сельскохозяйственной техники (г.Минск, 1988 г.); международной конференции "Надежность автомобилей" (г.Прага, 1988 г.);международной конференции «Устойчивость, управление и динамика твёрдого тела» (г. Донецк, 1997 г.); международной конференции «Математические модели физических процессов и их свойства» (г. Таганрог, 1997 г.); международной конференции «Проблемы конструирования, производства и эксплуатации сельскохозяйственной техники» (г. Кировоград, 1997 г.); международной конференции «Математика в индустрии» (г. Таганрог, 1998 г.); международной конференции «Машиностроение и техносфера на рубеже XXI века» (г. Севастополь, 1998 г.).
Личный вклад соискателя. Соискателем разработаны теоретические основы конструирования и расчета принципиально новых измельчающих аппаратов резонансного типа. Впервые разработан механизм управления технологическим процессом в шаровой многобарабанной мельнице на основе двойного маятника, функционирующего в резонансном режиме. Созданы методы и средства ускоренных испытаний на надежность сборочных единиц и полнокомплектных машин на основе управляемых резонансных стендов, импульсно-гидравлических нагружателей и устройств со случайным нагружением (совместно с д.т.н. В.А.Дьяченко)
Публикации. По теме диссертации опубликовано всего 87 научных работ (общее количество материалов на 679 страницах), в числе которых 3 монографии; 4 брошюры (1 единолично, 3 за рубежом); 7 статей в журналах и сборниках; 11 материалов конференций (6 за рубежом).Получено: 57 авторских свидетельств и патентов, 25 актов и справок о внедрении.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введення, 5 глав, заключения, списка использованных источников н приложения Она изложена на 271 страницах машинописного тексіа и содержит 97 рисунков, 8 таблиц. Список использованных источников состоит из 292 наименований, в том числе 21 иностранных. Общий объем диссертации 284 страницы. Приложения содержат 36 страниц.
