Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Анализ состояния вопроса. Цель и задачи исследования 9
1.1. Технологические предпосылки использования ударных машин для разрыхления слежавшихся минеральных удобрений 9
1.2. Краткий обзор работ в области исследований создания сельскохозяйственных машин с приводом возвратно-поступательного движения.. 12
1.3. Анализ состояния и тенденции развития силовых механизмов для ударных машин 16
1.4. Предпосылки создания ударных машин с упругими связями для разрыхления слежавшихся минеральных удобрений 21
1.5. Цель и задачи исследования 26
Выводы из главы 1 27
Глава II. Аналитическое исследование динамических свойств силовых механизмов ударных машин с упругими связями 28
2.1. Математическая модель пневмошинного секторного привода 28
2.2. Математическая модель пространственного кулачка с пневмо-шинными роликами , 42
2.3. Математическая модель электромагнитного механизма с коммутацией магнитных цепей 52
Выводы из главы П 63
Глава III. Синтез рациональной системы автоматического регулирования частоты работы ударной машины . 65
Выводы из главы III 15
Глава IV. Экспериментальные исследования и производственные испытания опытного образца ударной машины для разрыхления слежавшихся минеральных удобрений 76
4.1. Экспериментальные исследования ударной машины (молота) с упругими связями 76
4.2. Методика расчета динамических и кинематических параметров движения ударной машины 85
4.3. Производственные испытания ударной машины с секторным пневмоколесным приводом 89
4.4. Оценка технико-экономической эффективности ударной машины с секторным гшевмошинным приводом для разрыхления слежавшихся минеральных удобрений 94
4.5. Перспективы развития ударных машин с упругими связями и их технические характеристики 97
Выводы из главы IV 109
Основные результаты и выводы диссертации.. ПО
Литература 112
Приложения 121
- Технологические предпосылки использования ударных машин для разрыхления слежавшихся минеральных удобрений
- Предпосылки создания ударных машин с упругими связями для разрыхления слежавшихся минеральных удобрений
- Математическая модель пространственного кулачка с пневмо-шинными роликами
- Методика расчета динамических и кинематических параметров движения ударной машины
Введение к работе
Актуальность темы. Ударные машины выполняют существенную долю технологических операций в сельском хозяйстве, в частности, на производственных складах для дробления и разрыхления значительных объёмов затвердевших, смёрзшихся, слежавшихся минеральных удобрений. Высокие требования, предъявляемые к качеству и эффективности таких машин, а также уровень их конкурентоспособности диктуют необходимость решения проблемы повышения их технико-экономического уровня. Сложные условия хранения минеральных удобрений как на складах, так и вне закрытых помещений с большими перепадами температур и влажности при высокой запыленности предъявляют жесткие требования к надежности, ремонтопригодности, простоте эксплуатации, низкой стоимости ударных машин в сочетании с их высокими энергетическими и силовыми показателями.
Известные в настоящее время ударные машины, предназначенные для дробления и разрыхления минеральных удобрений, во многом исчерпали свои возможности развития, недостаточно эффективны и не в полной мере отвечают требованиям сегодняшнего дня. Улучшение же технических характеристик современных машин связано, как правило, с усложнением технологии изготовления и существенным повышением их стоимости.
Поэтому разработка новых машин для разрыхления минеральных удобрений является актуальной и практически значимой задачей. Особую остроту эта проблема приобретает в условиях назревшей необходимости перевода производственных процессов на складах минеральных удобрений на базу автоматизированных интенсивных технологий.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является создание ударной машины для управляемого разрыхления слежавшихся минеральных удобрений, обеспечивающей повышение технико-экономического уровня производственных работ.
Для достижения этой цели поставлены следующие задачи:
анализ работы, эксплуатации, обслуживания и ремонта существующих ударных машин, предназначенных для дробления и разрыхления слежавшихся минеральных удобрений;
разработка математических моделей новых ударных машин с упругими связями;
разработка методики расчета кинематических и динамических параметров ударных машин;
- разработка системы автоматического регулирования рабочей частоты
ударной машины;
- разработка, апробация и внедрение новой ударной машины, предназначен
ной для разрыхления слежавшихся минеральных удобрений. _ іт
Объект исследования. Ударные машины с упругими свяіяйОС НАЦИОНАЛЬНАЯ
Методическая база и методы исследования. Решение поставленных задач проведено на основе применения методов системного анализа, дифференциального исчисления, программирования, вычислительной математики, теорий алгоритмов и автоматического управления.
Проверка полученных результатов осуществлена на имитационных и реальных объектах.
Научная новизна. Выполненные в работе исследования позволили получить совокупность новых положений и результатов:
разработаны математические модели нового вида ударных машин с упругими связями;
разработан алгоритм синтеза системы автоматического регулирования рабочей частоты ударной машины.
Практическая ценность результатов исследования заключается:
в разработке методики расчета кинематических и динамических параметров ударных машин с упругими связями;
в разработке системы автоматического регулирования рабочей частоты ударной машины;
в создании ударной машины нового вида для управляемого разрыхления слежавшихся минеральных удобрений с высокими технико-экономическими показателями.
Реализация результатов исследования. Во ВНИИстройдормаш и в МГАУ имени В. П. Горячкина с участием автора была разработана техническая документация на различные модификации ударных машин с упругими связями. На фосфатном заводе минеральных удобрений (г. Воскресенск, Московская область) было осуществлено внедрение разработанной ударной машины. В ЦНИП НТЦ (г. Ивантеевка, Московская область) передана техническая документация на разработку ударной машины новой модификации.
Рязанским областным управлением сельского хозяйства и ВНИПИ по агрохимическому обслуживанию сельского хозяйства для проектирования и проведения испытаний новых образцов ударных машин для разрыхления минеральных удобрений использованы рекомендации настоящей работы и методика проектирования машин.
В учебном процессе МГАУ имени В. П. Горячкина используются результаты исследования при изучении дисциплин «Основы инженерного творчества» и «Сельскохозяйственные машины». В учебном процессе Московского технического университета связи и информатики также используются результаты работы при изучении дисциплин «Прикладная механика» и «Электромеханические системы».
Достоверность и обоснованность результатов исследования подтверждена применением математических и компьютерных моделей, а также экспериментальными исследованиями и производственными испытаниями опытного образца ударной машины.
Апробация. Основные положения диссертации и результаты исследования доложены и обсуждены на Всесоюзном научно-техническом семинаре по теории
механизмов и машин АН СССР (г. Каунас, 1985 г.); научной конференции профессорско-преподавательского состава Московского технического университета связи и информатики (Москва, 1997 г.); Международной научно-технической конференции «Научно-технический прогресс в инженерной сфере АПК России» (Москва, 2002 г.); научной конференции профессорско-преподавательского состава МГАУ имени В. П. Горячкина (Москва, 2003 г.).
Публикации. Основные положения диссертационной работы отражены в 12 научных публикациях, одной монографии и 21 авторском свидетельстве и патенте РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и приложения, изложена на 126 страницах, включая 51 рисунок и список литературы из 116 наименований.
Технологические предпосылки использования ударных машин для разрыхления слежавшихся минеральных удобрений
В области создания сельскохозяйственных машин В.П. Горячкиным было сделано важное заключение о необходимости «..... определить достаточную и необходимую величину массы рабочих органов и двигателя с целью вместить возможно больше механической энергии в единицу массы». Это является основной задачей теории массы сельскохозяйственных машин и орудий [16]. Иначе говоря, одной из основных задач, стоящих при создании новых машин, является получение максимальных энергетических показателей при определенной массе машины. Современные ударные машины имеют наилучшие показатели в виде отношения энергии удара в джоулях к массе машины в килограммах: до 4,5 джоулей на килограмм массы. Получение лучших показателей для существующих типов машин оказывается затруднительным. В диссертационной работе делается попытка решения указанной задачи. Второе положение, также отраженное в содержании настоящей работы, сформулировано академиком И. И. Артоболевским [4]. Он отмечает, что современные машины представляют собой совокупность механизмов и устройств, использующих физические принципы взаимодействия различных деталей этих механизмов. Для совершенствования современных машин необходим поиск новых принципов взаимодействия элементов механизмов и разработка аналитического аппарата, описывающего динамику этого взаимодействия. В диссертации рассмотрены новые механизмы, позволяющие создавать ударные машины, использующие неизвестные ранее взаимодействия элементов. Это фрикционные механизмы с подвижными упругими связями, обеспечивающие работу ударных машин и придающие им новые свойства.
В настоящем обзоре помимо общих проблем машиностроения основной интерес направлен к исследованиям в сфере разработки приводов и применения элементов возвратно-поступательного движения, которые могут быть использованы в ударных машинах. Помимо отмеченного выше, на важность разработки новых приводов неоднократно обращалось внимание и, в частности, в обзорной работе [30]. Кроме того, при анализе источников внимание уделялось вопросам автоматизации процессов работы машин и автоматизации процесса проектирования машин в частности интенсификации и автоматизации поиска новых технических решений.
Исследования в области сельскохозяйственного машиностроения представлены в работах И. И. Артоболевского [3, 4], И. Ф. Бородина [9,10], Г. П. Варламова [12, 13,], В. В. Ведерникова [11], Р. Р. Джапаридзе [22], В. Н. Дроздова [23, 104], М. Н. Ерохина [27], Н. Н. Колчина [30, 31], А. Б. Лурье [39], В. Н. Лучинского [43, 44], В. М. Марквардте [48], Б. А. Нефёдова [49, 50], Г. Д. Петрова [51], Э. С. Рейнгардта [55], Н. С Резника [54], Ю. П. Сека-нова, В; И. Славкина [102], Ю. А. Судника [98, 99, 100, 101], В. И. Тарушки-на, М. В. Туаева [105], Б. И. Турбина [104], М. М. Фирсова [107, 108], В. А. Хвостова [26, 109], А. И. Чепурнова [102], В. Д. Шеповалова [113], Л. П. Шичкова [114] и др.
В работах А. И. Чепурного [102] и В. В. Ведерникова [11] исследуется гидропривод режущего аппарата. Вопросы определения приведенных моментов инерции сельскохозяйственных машин, а также снижения вибраций и шумов рассматривал Б. И. Турбин [104].
Значительный интерес для настоящего исследования представляют работы, описывающие динамику движения агрегатов сельскохозяйственных машин и модели привода машин. Это исследования В. Д. Шеповалова [113], В. И. Славкина [102], М. И. Белова. В данном случае рассматриваются в целом динамические модели машин с их ходовой частью.
Моделированию сложных сельскохозяйственных объектов и автоматиза ции их управления посвящены работы В. В. Солдатова [97,111], Д.С. Стребкова [103], Ю. А. Судника [98 - 101], В. И. Тарушкина, А. В. Шаврова [111], Л. П. Шичкова [114]. В этой связи прямое отношение к автоматизации агрегатов, к совершенствованию и ускорению поиска новых технических решений имеют отдельные работы Ю. А. Судника, в которых описан метод создания новых устройств с использованием функционального подхода и различных физических эффектов.
Достаточно близки по тематике настоящей работы исследования в области агрегатов сельскохозяйственных машин, имеющих гидропривод и привод возвратно-поступательного движения. Это работы В. Н. Марквардте [48], Р. Р. Джапаридзе [22], В. Н. Дроздова [23], Э. С- Рейнгардта [55]. Работы М. М. Фирсова [107, 108] охватывают вопросы исследования и создания сельскохозяйственных разгрузочно-погрузочных машин непрерывного действия процессов смешивания удобрений и их рабочих органов. Техническим аспектам применения и переработки минеральных удобрений посвящены исследования Нефёдова Б. А. [49, 50],
Работы Г. П. Варламова [12,13], Э. С. Рейнгардта [55], представляющие разработки машин сбора фруктов и корнеплодов, интересны с точки зрения использования различных механизмов в сельскохозяйственных машинах. В работе Н. Н. Колчина, А. К. Нелюбова, Л. А. Горячевой отмечается, что основные направления развития сельскохозяйственной техники характеризуются двумя направлениями - это развитие специализированных комплексов машин и развитие сменного оборудования, повышающего универсализацию машин.
Однако, рассмотренные выше работы относятся к машинам, в основе которых используются механизмы с незначительным ходом ударной части, которые не могут быть использованы в ударных машинах. Поставленная в диссертационной работе цель может быть достигнута путем разработки ударной машины, в основе которой лежат новые механизмы. В этой связи были рассмотрены работы, в которых используется разные механизмы в различных областях техники. Это работы И. Иноземцева [29], Б. Н. Пронина, И. И. Артоболевского [3, 4] и др. В настоящее время в ударных машинах, используемых в виде сменного оборудования, чаще всего применяются механизмы в виде цилиндриче-ско-поршневой пары - это гидромолоты, пневмомолоты, дизельные молоты, а также кривошипно-ползунный механизм. Ударные машины, использующиеся в виде ручного инструмента, имеют небольшой ход ударной части. Общие вопросы создания ударных машин рассматривались в трудах П. М. Алабужева [2], Н. М. Батуева [5, 6], Ф. П. Китаєва [32] и др. Существует много работ по исследованию различных видов ударных машин. Это исследование В. Н. Вязовикина [14], Н. Г. Ряшенцева [40], В. Н. Слиденко, Ю.В. Дмитревича [59], Я. С. Ям-польского [112]. Подобные машины имеют указанные выше недостатки. Ввиду этого были выбраны три базовых схемы механизмов для дальнейшего рассмотрения. Это - фрикционный механизм с зацеплением при помощи вращающегося фрикционного сектора, пространственный кулачок, и электромагнитный механизм — преобразователь вращательного движения в возвратно-поступательное. Поскольку в двух первых механизмах были применены упругие связи в виде колес с пневматическими шинами, были проанализированы работы в области исследования пневматических шин. В первую очередь это работы В. И. Кнороза, Е. В. Кленникова [35] и Н. А. Ульянова [106].
Предпосылки создания ударных машин с упругими связями для разрыхления слежавшихся минеральных удобрений
С целью адекватного описания процессов, происходящих при работе ударной машины, был проведен анализ работы реального макета машины с секторным приводом, выполненным из пневмоколеса. Технические характеристики макета. были следующие: масса ударной части - 40 кг; частота ударов -150 уд/мин; ход ударной части - 200 мм. Конструкция и форма сектора, входящего в соприкосновение с ударной частью, были выполнены таким образом, что первоначальное сжатие сектора происходило преимущественно в нормальном направлении к плоскости ударной части, а затем, при начале движения, происходила деформация в тангенциальном направлении. Начало движения ударной части происходило без видимого проскальзывания сектора относительно ударной части, поскольку сила трения скольжения была больше силы инерции и силы тяжести, преодолеваемых действием внешней силы. Движение осуществлялось за счет трения-качения сектора относительно ударной части. Проскальзывание оказалось пренебрежимо мало. Реальность данной картины физического процесса была подтверждена экспериментально, путем снятия процесса на кинофотопленку со скоростью 15 кадров в секунду.
Полный цикл работы ударной машины состоит из промежутков времени или из следующих этапов: 1 — от момента сцепления сектора с ударной частью до момента приобретения ударной частью установившейся скорости; 2 — равномерного движения; 3 - свободного движения ударной части вертикально вверх и вниз до момента удара; 4 - момент удара. Четвертый этап, связанный с ударом, хорошо исследован П. М. Алабуже-вым [2], Н. М. Батуевым [5] и других и поэтому не рассматривается ниже. Третий этап - свободного движения не представляет трудностей для описания и рассматривается ниже, при расчете полного цикла работы. Там же приводится описание равномерного движения или второго этапа. Основное внимание уделено математическому описанию первого этапа. Процесс зацепления упругого сектора с ударной частью ранее не исследовался, однако он весьма важен. Цель использования упругого сектора состоит в том, чтобы амортизировать удар в момент зацепления. В случае жесткого удара при ударных скоростях более 7 м/с необходимо использовать легированные стали, чтобы предотвратить смятие металла. Кроме того, возникают значительные усилия реакций в машине, что может привести к поломке. Ввиду этого для того, чтобы определить силы, возникающие в момент зацепления, необходимо знать соответствующие ускорения, возникающие на этом этапе в зависимости от жесткости сектора, скорости зацепления и массы ударной части. Работа диска с пневматический шиной хорошо исследована [35,108], В частности, установлено, что величины упругой деформации шины пневмоколеса, возникающие при движении в нормальном и в тангенциальном направлении по отношению к плоскости качения, примерно равны. Отличие работы упругого сектора от работы пневматической шины при ее качении по поверхности состоит в следующем. Нагрузка, приложенная к шине по нормали к поверхности качения, F, постоянна. Так же постоянно и давление в шине Рн. При этом имеет место последовательность рабочих точек, лежащих на поверхности шины, которая подвергается при ее качении периодической нагрузке, изменяющейся от 0 до FH. Соответственно, происходит периодическое изменение деформации каждой точки этой последовательности. Это очевидно, так как каждая точка поверхности шины «набегает» на поверхность качения с линейной скоростью движения vc. 2.9 Деформация, направленная вдоль оси движения, изменяется в момент начала движения и устанавливается до некоторого значения в соответствии с величиной скорости движения. Нагрузка, прикладываемая к упругому сектору по нормали к поверхности качения (ударной части), периодически изменяется от 0 до F. Периодически изменяется и давление в секторе от некоторой величины до Ри. При этом последовательность рабочих точек, лежащих на поверхности сектора, подвергается периодической нагрузке, изменяющейся от 0 до F. Соответственно изменяется деформация каждой точки последовательности поверхности сектора также периодически. Также изменяется деформация вдоль оси движения. В данном случае каждая точка плоскости ударной части соприкасается с точками упругого сектора, движущегося относительно ударной части с линейной скоростью в точке касания, равной vc. Рассмотрим математическое описание отдельных этапов рабочего цикла ударной машины. При рассмотрении первого этапа движения под действием секторного привода примем следующие допущения. Движение ударной части будем описывать, приняв следующие допущения: 1) трением в опорах пренебрежимо мало. 2) мощность привода значительно больше мощности, требуемой для движения ударной части. 3) величина упругой деформации по нормали к плоскости ударной части и соответствующее ей усилие имеют линейную зависимость. 4) ударная часть имеет одну степень свободы движения (вдоль вертикальной оси). 5) можно выбрать такую величину нормального давления F сектора на ударную часть, чтобы при заданной массе ударной части т имело место следующее выражение: - максимальное значение ускорения движения ударной части; перемещение ударной части по вертикальной оси; т - масса ударной части. При этом имеет место работа сектора без проскальзывания за счет силы трения качения под действием внешней силы F(t), Проскальзыванием краев сектора при входе и выходе из сцепления можно считать пренебрежительно малым.
Математическая модель пространственного кулачка с пневмо-шинными роликами
Специфика работы пространственного кулачка с пневмошинными роликами требует предварительного рассмотрения конструктивных особенностей этого механизма.
Применение в пространственном кулачке роликов с пневматическими шинами снимает кинематические и динамические ограничения движения, накладываемые жесткими связями между дорожкой и контактирующими с ней роликами. В связи с этим значительно улучшаются свойства пространственного кулачка. Для пояснения этого целесообразно рассмотреть возможные траектории движения стержня пространственного кулачка. Статистическую траекторию движения стержня можно представить следующим образом. Если цилиндр пересечь плоскостью, проходящей под углом а к его продольной оси, причем если 0 а 90, то линия пересечения с поверхностью цилиндра будет соответствовать траектории движения. Проекция этой линии на плоскость, перпендикулярную продольной оси цилиндра, представляет собой окружность. Криволинейная дорожка кулачка может быть представлена плоским кольцом или паза-ми охватывающими цилиндр и лежащими на траектории с несколькими волнами на одной окружности. Схема образования траектории дорожки с одной и двумя волнами показана на рис. 2.5 а, б.
Проекцию траектории можно достроить в виде конструкции круглой платформы в плане криволинейной в профиле и имеющей дорожку, выходящую за пределы цилиндра. При жестком соединении дорожки с цилиндрическим стержнем и при закреплении дорожки между парами роликов, расположенных по вертикали, можно получить различные схемы кулачковых механизмов, изображенных на рис. 2.6.
Можно представить различные схемы взаимодействия подвижных элементов кулачков в зависимости от того, какие из элементов имеют ту или другую степень свободы движения. Например, возможность вращательного движения вокруг вертикальной оси и степень свободы возвратно-поступательного движения. Соответствующие схемы изображены на рис. 2.7 а, б, в, г. Элементы пространственного кулачка с дорожкой из двух волн показаны схематично. Стрелками указаны направления входных и выходных элементов. Работа элементов кулачка очевидна из схем и рисунков. Здесь вращательный привод подводится сверху, выходная нагрузка прикладывается снизу. Контакт с приводом может требовать передачи вращения валу, двигающемуся поступательно.
Наличие пневмоколесных роликов позволяет увеличить кривизну дорожки кулачка. Угол наклона дорожки к вертикали в месте контакта с роликами изменяется при относительном вращении дорожки. В соответствии с этим расстояние по вертикали между зажимающими дорожку роликами будет различным. Однако за счет значительной упругой деформации роликов возможна нормальная работа кулачка при большой кривизне дорожки.
Так обеспечивается возможность значительных перемещений по вертикали при вращении кулачка. Это обстоятельство может быть пояснено эквивалентной схемой рис. 2.8. Однако реальное отличие кулачка с пневмоколесными роликами от конструкции, показанной на схеме, состоит в том, что при увеличении нагрузки на ролики увеличивается площадь опоры роликов о дорожку. В результате уменьшается удельное усилие реакции. Кроме того, при больших нагрузках механические пружины должны иметь значительную массу по сравнению с пневмодисками и меньший срок службы.
Осуществление контакта дорожки с пневмоколесными роликами позволяет компенсировать большие допуски отклонения размеров конструкции за счет деформации роликов. Это может упростить технологию изготовления подобных кулачков. Динамическая траектория движения стержня, то есть траектория при действии сил, с учетом упругости роликов, отличается от траектории, соответствующей дорожке, на величину, равную упругой деформации ролика в обе стороны по вертикали. Указанные отклонения легко представить на эквивалентной схеме рис. 2.8.
В частном случае эти отклонения могут быть вызваны действием сил инерции. Все эти свойства позволяют использовать пространственный кулачок в режиме вибровозбудителя, в ударном режиме и в режимах работы с большой статической нагрузкой. Рассматривая симметричные схемы кулачков, можно отметить отсутствие конструктивных элементов, которые не могут выдерживать большие нагрузки. Это позволяет проектировать устройства с очень высокими удельными мощностями работы.
Ниже будет рассмотрена модель возвратно-поступательного движения кулачка, соответствующая схеме конструкции, изображенной на рис. 2.66. Схема физической модели пространственного кулачка с упругими связями показана на рис. 2.9.
Данная физическая модель рассматриваемого устройства получена в результате выделения возвратно-поступательного движения из сложного движения, представляющего собой вращательное и возвратно-поступательное. Выделена наиболее важная для рассмотрения составляющая часть движения.
Методика расчета динамических и кинематических параметров движения ударной машины
В процессе экспериментальных исследований была создана рабочая модель ударной машины в виде стационарной установки со следующими техническими показателями: масса ударной части 40 кг, ход ударной части - Н = 200 мм, частота ударов n = 150 уд7МИн- Рабочая модель подтвердила работоспособность нового механизма с упругими связями в виде пневмодиска с выступом, а также простоту производства и надежность работы. Фотография модели представлена на рис. 4.1.
В процессе испытания модели были установлены следующие основные общие свойства подобных ударных машин. Как отмечалось выше, работа модели была зафиксирована на кинофотопленку с частотой 900 кадров в минуту или 15 кадров в секунду. При этом не было заметно проскальзывания сектора относительно ударной части.
Была отмечена простота конструкции и технологичность производства. Так, установление направляющих траверс не требует большой точности соблюдения размеров конструкции, так как движение ударной части центрируется и направляется пневмодисковым выступом и опорным роликом. Этот размер может иметь отклонение до 1 мм. Ввиду того, что упругая деформация пневмоколесного выступа значительно превышает это отклонение и компенсирует его. Кроме того, почти все агрегаты и детали ударной машины, за исключением направляющих траверс и корпуса, представляют собой готовые стандартные изделия крупносерийного и массового производства. Это двигатель,. редуктор, колесо с пневматической шиной и крепежные узлы и детали. Все это ведет к. снижению себестоимости производства. При производстве не требуется специального оборудования и оснастки.
Помимо того, что надежность и срок службы современных колес с пневматическими шинами весьма высоки, возможный износ: контактной поверхности выступающей части может быть устранен путем замены сменной накладки, которую можно укрепить на выступающую часть. Это делает (помимо смены всего пневмоколеса) ремонтопригодность подобных ударных машин практически неограниченной.
Усилия подъема ударной части колеса определяются мощностью привода и усилием прижатия пневмоколесного привода к ударной части. Допустимые усилия прижатия определяются величиной статической нагрузки современных пневмоколес, которая, может быть более 100 000 Н. При использовании нескольких пневмоколес, естественно, нагрузка может быть весьма большой. Это существенно отличает новые ударные машины от известных. И кроме того, в экспериментах с рабочей моделью оказалось возможным изменять значения массы ударной части от ее максимальной величины до минимальной с соблюдением габаритных размеров ударной части. Минимальное значение массы ударной части определяется тем обстоятельством, чтобы в данных габаритах получить конструкцию ударной части, которая бы имела достаточную прочность. Практически эта величина массы ударной части m может лежать в пределах 0,05 от номинального значения массы. Это означает, что одна ударная машина может заменять собой несколько типоразмеров ударных машин. Подобным свойством не обладают существующие ударные машины.
В ходе исследований были созданы и испытаны различные конструкции сектора и ударной части, которые могут обеспечивать их зацепные без проскальзывания за счёт трения качения..
Первая конструкция представляла собой волнообразную поверхность ударной части, взаимодействующую секторным выступом пневматического колеса, имеющего тупообразную форму торца. При зацеплении упругий сектор вдавливается в волнообразные выемки, образуя пару, подобная зубчатому зацеплению. Схема конструкции волнообразными выточками на ударной части представлены на рис. 4.2. На рисунке показаны два момента сцепления сектора с ударной частью: начало процесса зацепления рис. 4.2 а и середина процесса зацепления рис. 4.2 б. Подобный эксперимент доказывает возможность работы ударных машин с упругими связями без проскальзывания в режиме трения-качения. Все новые свойства подобных машин определяются именно этим режимом. На этом основаны и теоретические строения. Тупообразные формы торцов упругого сектора являются важным элементом конструкции. В этом случае оказалось возможным создание указанного режима при сочинении сектора с ударной частью, на которой отсутствуют специальные выточки, а поверхность ударной части является грубо обработанной и содержит естественные неровности (подобные выточкам). На рис. 4.3 показана работа модели в режиме трения-качения с ударной частью, не имеющей специальных выточек, что было подтверждено кино- фотосъёмкой.
Схема зацепления сектора с ударной частью, не имеющая выточек, показана на рис. 4.3. Из рисунка видно, что упругая тупообразная форма выступа торца сектора обеспечивает первоначальное увеличение силы нормального давления на ударную часть, а упругость сектора вдоль оси движения ударной части (условно показанная пружиной) обеспечивает увеличение контакта сцепления при повороте сектора без проскальзывания до момента начала движения, а также в течение всего процесса зацепления. При этом сектор при повороте в начальный момент за счет амортизации проседает вниз.
