Введение к работе
Актуальность темы. В сельском хозяйстве широко применяются почвообрабатывающие машин с активными рабочим;-! органами, приводимыми в движение от вала отбора мощности агрегатпруеыого с машиной трактора: фрезерные культиваторы, ротационные плуги, агрегат залуяивания.
Дальнейшее совершенствование конструкций ротационных, почвообрабатывающих машин невозможно без исследования динамических процессов, связанных с дискретностью процесса фрезерования и появлением дополнителышх нагрузок, действующих на детали. Поэтому исследование процессов' нагружения трансмиссии и последующие изыскания методов обеспечения высокой эксплуатационной надежности, а гакне выявление оптимальных конструктивных параметров является в настоящее время актуальным.
Работа выполнена в рамках научно-технической программы ГК ВИ РФ "Надежность конструкций".
Цель исследования. Изучить влияние высокочастотных крутиль
ных колебаний в приводе почвообрабатывакщюс машин с активными ра
бочими * ішами на надежность конструкции и разработать методы,
снижений, дпс колебаний путеы выбора оптимальных конструктивных
параметров-малины. .' -
Объектом исследования являются ротационные плуги типов ПР-2,4; ПР-2,6;'ПР-2,7.
Методика исследования. Теоретические-исследования сил резания и колебаний в приводе, вызываемых этими силами, базирующиеся на методах теоретической механики, механики резания грунтов, теории колебаний, георик случайных процессов. Экспериментальные исследования сил.резания и моментов в трансмиссии с использованием., методов электротензометрши с последующей обработкой результатов исследований с помощью ЭЭД, с привлечением методов теории случайных .функций и математической статистики. .-.'.'.
Научная новизна, Изучена механика возникновения выокочастог-ннх крутильных колебаний в йравод17р?та^(шннх~рвбх)чих органов-,—а такас-влияние конструкции фрезы на интенсивность этих колебаний. Йивлены условия возникновения автоколебаний в приводе, обусловленных фазовыми сдвигами, между, процессами фрезерования почвы и колебания*угловой скорости привода.
Драктическая декиость-г Газработана и лредлеяена-'ГСТФ не- *у«ь-~
гивагорач а сцепкам схема привода ротационного плуга ПР-2,7 с центральным концческо-ідошндрическцм редуктором, позволязцая умень шть данаятеескув составляющую момента на валах трансмиссии.
ілробация работы. Основные положения диссертационное работы докаднвались на научно-технических конференциях ДГТУ в 1990-93г.г.
Публикация. По теме диссертации опубликовано четыре работы.
Структура к объем -работы, Диссертация состоит введения, пяти глав, ваводов и рекомендаций списка использованной литературы из 156 наименований, содержит 93 страницы основного текста,'46 рисунков, 12 таблиц.
В разделе посвященном обзору конструкций различных фрезерных почвообрабатывающих машин анализируются характеристики фрез производимых в Швейцарии, Германии, США, Австрии, Венгрии, Польше, Го-ландии, Италии, Российской Федерации и других странах. Многолетние агрономические опыты, проведенные в Санкт-Петербургской сельскохозяйственной академии, а также на Северо-Кавказской ШС показали, что фрезерная обработка дает достаточно мелкое крошение почвы, хорошее, перемешивание слоев, болев интенсивное уничтожение сорной растительности.
Работы по усовершенствованию конструкции почвообрабатывающих фрез и определению иг оптимальных параметров проводились в ВИСХОМе, ВШ, СибїШ, УСХА, ШйСП и друї'ях учреаденнях. В качестве рабочих органов в настоящее время используются следующие типы ножей: прямой фронтальный или Г - образный ( Т - образный) (рис. I.a), пряной наклонный (рис. 1.6), криволинейный фронтальный (рис. Х.в) и криволинейный саблевидный {рис. If) .
П8Ь. Т. "Типы" ножей фрезерных агрегатов
Экспериментально установленный исследователями момент на фрезер-' іиі-оарайапо опродэдяог- ве-дерваЕ-тедию-^тагдчесаур составляющую,
Исследованию сил, действующих на рабочие органы со Стороны почвенного пласта посвящен'; работы К.Ф. Канева, А.Д. Долина, В.П. .Павлова, Э.М. 2$ука, В.Д. Докина, А.И. Зеленина. Определены силы реакции почвы, установлены закономерности изменения сил в зоне контакта органа с почвой.
а во-вторых не выявляет характера сил, действующих на hos.
ВІН. Андреевым установлено, что на характер нагрунения при-, вода брез существенное влияние оказывает схема,размещения рабочих-органов, однако влияние неравномерности момента на фрезе на возникновение крутильных колебаний в приводе не изучалось. .
Исследованиями Н.5. Канева, В.Д. долина установлено, что на динамические показатели фрезерной машины существенно влияет число ножей и секций. От. этих характеристик зависит степень неравномерности момента на барабане и качество обработки почвы. Имеются рекомендации по выбору оптимального числа ножей в секции и количеству секций на барабане для различных типов почв, однако влияние'количества нокей на одной секции на динамические показатели фрезер-, ной машины посуществу остались не исследованными.
На основании литературного обзора были поставлены следующие задачи исследования.
-
Произвести теоретические исследования механики.резания почвы фрезами, оснащенными различными типами ножей и дать сравнительную оценку уровней динамического яагружения привода.
-
Изучить выокочастотные крутильные колебания в приводе фрезерных почвообрабатывающих машин, выяв*:'-:. динамические системы, создащие эти колебания, рассмотреть вопросы устойчивости приводов при крутильных колебаниях, найти оптимальные режимы работы агрегата. Проверить а полевых условиях полученные результаты,-
-
Уточнить методику прогноза показателей надежности деталей привода с учетом влияния высокочастотной части спектра колебаний'
. на накопление усталостных повреждений в материале.
4. Рассмотреть вопросы выбора кинематической схемы привода
и общей компановки машины, обеспечивающие снижение динамической-^-. нагруженности деталей.
2. МЕХАНИКА РЕЗАНИЯ ПОЧВЫ ДИСКОВОЙ ФРЕЗОЙ С ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ОСЫ) ВРАЩЕНИЯ
Вначале были рассмотрены илы_.резания и момент на фрезе, бс-
Дюбая точка нога совершает вращательное двикение со скоростью СО вокруг оси барабана и поступательное, равное скорости агрега- та tfм . Толщина срезаеыого нокотг слоя почен 8 изменяется во времени и с некоторы» донущ«шя»ж-«в*ет' бьйж- одределеаа-яа- ура»-;
нений движения точек, принадлежащих двум соседним нокам фрезы по формуле:
+ tf[&bu(Ug)-^i]
(І)
где - число ножей на фрезе;
R - радиус фреаа.
Рис. 2. Сялн, деісзвузднв на ноа
Ва рас. 2 показаны сига, деЗствувдде на злєаектаїау» пяочад-, ку dF - рабочеЗ новерзиесга нога. Здесь АН . - сила нормального давления, дТ - сащ греяав, отгшпсагду дрі -дртатттг-срэзаемо-го -sseesa*. ^d@> »- вмуяиарувцая, dP - охрузная сила, создающая ысаен5~ва фрезе:
со,
kf
(2)
-в-
где В -угол наклона рабочей поверхности ножа; ..
Р - угол трения. -. Считаем,-что нормальные напряжения в почве бп и деформация почвы ^.подчиняются зависимости, предлояенной. Беккером, тогда:
6„ = К, S* С0О (3)
где ^,, А ,' -параметры уравнения;
. 5к - текущая, деформация срезаемого слоя почвы в радиальном направлении. На основании (3) нормальная-сила <Ш может бнть представлена
dlt=Kt$"c0$'"pCO$~j>d$d% (4)
где dS ,d$ - размеры элементарной площадки.
Полная окружная сила Р является сушой элементарных окружных/ сил, а момент на фрезе M„ = PR . После интегрирования dV по ширине рабочее поверхности нога момент Н" ~резе мо:іет быть представлен, как . . ;
Мя>*ІЇ«о;Г>ЛМГ/» .}
где В - захват нока;
К2 - коэффициент снижения эффективной толщины. При исследовании момента на'фрезе .^оснащенной прямыми наклонными ножама было.учтено то. обстоятельство, .что нож не только рекет почву, но и перемещает ее в поперечном направлении, поэтому направление движения срезаемой стружки не совпадает с плоскость», лерен-> дикулярноа режущей кромке и зависит от угла наклона рабочей Поверхности к наттряшгвотго дтгастлст, от тл трания МЄЯДУ ПОЧВОЙ И ЛОВЄ(рХ-
носттдгва7~физико-ыехашгческих свойств почвы. На начальной ста-дик-зажяубления ширина фактического захвата ножа изменяется, поэтому аналитические выражения для элементарной окружной силы; на иа-чальнсгё_тстадшг заглубления и участка фрезерования, когда лезаЫ нежа полностью погружается в почву, получается различными.-. "В случае водного погружения ножа выражение для момента" на
фразе имеет вид:
р\ - ——— О {Ь)
где 9 - угол ыезду вектором скорости движения почвы по поверхности кожа и касательной к трохоиде движения нояа для рассматриваемой точки. При работе криволинейного фронтального ножа фактический зах- ' ват нояа на участке фрезерования непрерывно изменяется, определение силовых-зависимостей для этого типа ножа было произведено с учетом того, что нормальные напряжения на рабочей поверхности нояа распределены нелинейно как по ширине ее, так и по длине, выражение для момента на фрезе в этом случае имеет вид:
ОЛ!«Х
K.K?Si*(MS~> [и4У[^^1ПЩрВ (7)
{п*\) соіП4Ір COJtfi J\ .6J 1..
где 8. , p0 - координаты произвольной элементарной пло-
щадки; Smi%- полуось эллипса ограничиващего площадь контакта
но;ка с почвой; -
о„„х- максимальная деформация почвы; t - радиус кривизны ножа. ' Б выражении (7) интеграл не приводится к табличному и был взят численним методом.
При вычислении момента на фрезе, оснащенной саблевидными ножами было учтено то обстоягельсгво, что помимо изменения фактического захвата ножа на участке фрезерования происходит перемещение" почвы вдоль криволинейного лезвия нояа, причем направление ско-^ роста перемещения' частиц почвы по длине лезвия различно так как угол.^0 меаду вектором скорости движения почвы и касательной к гроховде движения в рассматриваемой. точке по длине .реяущей кромки -изменяется. Выражение для момента на фрезе в этом: случае имеет вид.:
/і+і
К,кГзіп(*+Г)$*
Ґп+і) <й*"+2/ <**/>
\h-!*f*th[«rMi)*f]a
(8)
Здесь угол в (о) является функцией координат расположения элементарной площадки df .
Б выражении (8) интеграл также не приводится к табличному ж был взят численным методом.
Вграаения (5), (6), (7), (8) были использованы для вычисления моментов на фрезе, оснащенной различными типами ножей. Для получения сравнительных результатов была, произведенн вычисления для фрез одинаковых габаритов. Параметры были приняты следующие: Ъ*0,У15*, Vm=1m-c-«, Ь0,2м , ?- , 1 = 0,2*1, л = 0,7 ,kf5№, р=3, р-Ъ5, В=0,12м , 0 = /2.с"'.
На рис. 3 показаны графики моментов на фрезе вычисленные, до указанным формулам. По оси ординат на графіках отложены отноаення моментов Мя , Мн . Мк , Мг к моменту Мп > создаваемому прямолинейным фронтальным нохом. Из графиков видно, чго наибольшая по величине переменная составляющая момента на фрезе возникает при боге с прямыми нохамї, чго способствует созданию условий возмііч-вения крутильных колебашА в приводе. Из графиков вычислялись от-ношения - колебаниЗ ыомзатов к амплитуде момента на урезе, оснащенной прямыми ногами
14—А '"л
W- 40 « Є0 »0Q 120" %tf*&.
1хо.'3. j^e^Soi моментов Ж see при~исподь8овая^ прямолинейных (I), накюнных <2), крнводвнвИных '(3) и
саблевидных (4) ножей.
Установлено, что К0.гО,з/9 ^101 саблевидных нокей, Ко=0,5?4 для криволинейных и Ke»0,723 для наклонных. Как видно, с точки зрения уменьшения крутильних колебаний в приводе роторного плуга . наиболее предпочтетельгыми- являются саблевидные нож.
3. КРУШШЙЗ К0Л2ЙАЫМ В ІЗРКВОДЗ ФРЕЗЕРНОГО БАРАБАНА/
Рис, 4т~Клебательные модели
Случайные крутильные колебания приводов фрезерных агрегатов, вызванные вертикальными колебаниями машино-тракторного агрегата и различной плогностію почвы изучены В.И. Ыайстренко, В.И. Андри- s вым, С. Пачеко. В настоящей работе рассмотрены крутильные колеба- ' ния,-вызванные дискретностью процесса фрезерования почвы, когда частоты динамических воздействий имеют порядок V=30Q-500 с"'. Это обстоятельство обусловило необходимость изучения в приводе доминирующих колебательных систем, которые имеют частоты собственных -колебаний в этом диапазоне. При исследованиях были использованы колебательные модели представленные на р^ас. 4, соответствующие двухбарабанному (а) и однобарабанкому (б) ротационному плугу.
Обозначения приняты следующие: ..
С* , fey< - жесткость и коэффициент демпфирования системы карданного вала; Су , кг - жесткость и коэффициент демпфирования системы трансмиссионного вала; % % - У^лн поворота инерционных иасс центрального редуктора и барабана в абсолютном движении; С/р - момент инерции вращающихся масс центрального редуктора; 9е - момент инерции вращающихся масс бортового редуктора и фрезерного барабана.1 Из дифференциальных уравнений крутильных колебаний инерционных масс записанных в операторной фоуые была Найдена передаточная функция подсистемы, характеризуемой суммарной инерционной массой вращающихся частей центрального редуктора.
^.'.. а. г-./
Р+С-,
^^fePw^^P-rtiSfM***.^
(9).
И передаточная функция подсистемы, характеризующей суммарной инерционной, массой вращанцахся частей бортового редуктора и барабана.
где M(pJ - изображение; по Лапласу воамувдщего момента;
Шр) ,. (ре(р)- изображение по Лапласу углов поворота <Л>,
_ -—- - xfci"" ". .~~ :
Р - операзвр дь^фврбвщрования»
Передаточная функция (S) з (10) позволили записать вь'раж-ние в операторной уорне записи, для і,юі.'ента действующего ка карданном вале
и трансмиссионной'вале
-MTB(p)=fwp(p)-w6fp)](cr-MM(p) . (12)
' В связи с тем,' что воздействия на динамическую систему представляют собой комбинацию периодических составлящях,'после-замены P-i1* С5юш получена формулн дяк вычисления модулей крутящих моментов как временных ціункщиіг комплексного переменного т.е. иодулей оригиналов выражений (II) и (12).
Для исследования крутялъккх колебаний определялись массово-'-геометрические и упруго-дисслпативяые характеристики т"'зода з соответствии с принятыми моделями (си. рис.- 4).
Ярл определении моментов инерции ^6. 'р дєїоли приво
да рассматрив&тлсь з виде элементов имеющих цилиндрическую фс-jwy,
что существенно облегчило вычисление моментов инерции. Все коле
бательные параметра приводились к карданному валу. Крутильные
жесткости. С к , Ст определялись в лабораторных условиях путем
заклинивания привода в определенюи местах и. приложения иэвест- '.
нкх моментов и измерения.уг-лов_ закручивания участков привода. Пря.
определении коэффициентов затухания колебаний К к ,- КУ использо
валось специальное устройство,.создающее резкий скачек момента в
приводе. Реакция привода на этот скачок регистрировалась тензо- '
элементами. ' ~-; -. '' .-'
51з характеристических уравнений систем'определялись частота собственных колебаний динамических систем, соответетвущих-фре^- . зерному культиватору хаг-а,к и плуту ЩЧ2.6. Эти частоты лежат з диапазоне- 1 = /80.-5//с". Частоты воздействий.при.скоростях вращения фрезерного. барабана W ='?, 8—22; 2 с-1 равна 1І= I53-5B2 с'[ Совпадение диапазонвв частот-собственных колебаний и частот -вкёш-іш_воздействл2:позволило.сделать заключение о воз
новения резонансных.язлекий в приводах на некоторых режимах работы
агрегатов.
,і.ля ротационного плуга НР-2,6 по результатам расчетов построена графика зависимости аїлілигуд крутэдх моментов BOM і; трансмиссионном зеле or скорости вращения фрезерного барабана оснащенного разлг-с::;.'!! нонами. Из графиков, представленнях на рис. 5, видно, что при скоростях врацеп;;л барабана Сі)= 15 -20 с" динамические составляющие крутящего моиєята в частотном диапазоне -)=200-500с' минимальные. Было исследовано также влияние поступательное скорости дэиаенпя агрегата Vn (т.е. подача на один hoe урезы) на динамическую составляющую крутящего момента в приводе. На рис. 6 представлена зависимости для крутящего момента ка карданном валу для различных типов нохей при скорости врацеши барабана W=/6,7r" . Как видно', из грауикоз рассматриваемые зависимости имеют иелкнеЗ-ний характер. С увеличением /м агрегата динамическая нагрукен- ' ность привода возрастает.
Графіки представленные на р:;с. 5 и 6 показызают, что наименьшая динамическая кагрукенность привода будет при установке на ре-з:і езблєвидних но:.:,.е;::.
is го
РпсТ~5; ШШТуШТШШтов на трансмиссионном валу (1,2,3, fy и ВОЛ (5,6,7,8) при установке -прямых (Д5) наклонных (2,6) криволинейных (3,7) а саблевидных (4,8) ножей. .
/\мЛ»'М
?::с. Є. Амплитуда номелга .-:а БОМ при :ізменея:г>і скорости агрегата.
ц?СЦД!ССЗ З ПРИБС'ІЛ PGTOr.ITO ІЮТЛ
І:сслЕдозуіГАі ярове,- .їісз на полигоне ГСКЕ по культиваторам :; сцепкам (г.Ростоз-нз-доку). Объектом ::сследов;НЕЯ лзлядясь раз-личине ;юдіГлі;аі5Ш роторного плуга(П?-2,4; i!?-2,S; ЛР-2,7) отл>і-чаюциесл играной захзата :і кіиє:.'ат;:ч'ескоД схег.гаЗ пригода фрезерного барабана. Плуга агрегатзроззлпсь с трактором Ї-ISGC. Программой асследоваіц-іЛ предусматривалась обработка пода после, посева, а так-;se обработка залеаеіі. Фрезерованеє производилось на гяубьку h=J2--іАси . скорость вращения барабана варьировалась в пределах' uJ~t3^---25,^ с, а скорость движения агрегата составляла VH- 1-2 м-е.". План проведения эксперимента бил составлен"танш образом, чтобы мсашо было исследовать влияние различных параметров на среднее значение моментов в прішоде, а также на дикашческуа состазлякщув этих величин.
3 процессе проведения исследований измерялась"крутяцай момент тг,fflWiO"odoporoB ка карданном валу ( Мц-а , cVg ) транемнесяопноу валу ( MTg , nTe ) -Лрезераои барабане (И , п ), поступательная скорость :.;ТЛ ( Vm ), момент на йрезс создаваемые ко;са?::; различного типа, глулна фрезерого":~>;л.
Для регистрации нуясяжс-параметров были использовали cneuiuviL-
ные тензометраческие пр-зобразователи крутящего момента и счетч;г.:;
оборотов индуктивного типа. Цри измерении, момента на урезе, осяа-цензоЗ ногами различного типа использовались специальні-ю тензо-метричзсже коаи с отверс'таяип б'зоне крепления, (в сечекяи, где деЗствуег'иаксяяальяуй нзгкбаяфій момент). 3 отверстиях помещались электрические тензометра сопротивления,- Тензометра включались по иолумостоЕоЗ свеете, и через токосъемник подключались к тензомет-рическоыу усилителю. Пол проведении экспериментов в этом случае на крайнюю левую фрезу noxc/jy.LTA, устанавливались однотипные, экспериментальные ножи (прямые, наклоннее, криволияёйнне, сабле-видане), один из ножей был тензоыетрическим.
3 качестве регистрирующего- устройства использовались тензо-стаяда твпа СЕН, оснащенная' тензоиетрнческимл усилителями З-ЛЗЧ-7І.І и светолучевнмп осдадлоград^и.іЯХЩїї.'.ІІри общей погреиности экспериментов учитывались погресности вносимые измерительным трактом, тарировкой считыванием ординат с осциллограммы. Установлено, что полная относительная погрешность эксперимента не. прев^сала
' 7-Ю Г».
Обработка представленных выборок осциллограмм моментов на барабане, трансмиссионном вале, карданном вале методами теории слу- ' 'чайных функций позволила, построить граЗику.-зависимости математи-
. ческого озЕданая моментов М отряда ш-_ ветров. ~Аа рисі-7 представлена графики зависимости среднего зка-гения ышента ка "барабане (I), трансмиссионном вале (2) и карданном вале- (3) от. скорости вра-.. щення барабана'при 1^^1,3 М'с"^ и глубине урезерозакия Ь=0,16м В проі-;ессе проведения этой серии экспериментов было установлено,- " что число нозен на кавдой урезе (4 или 6) практически не-влияет. . на среднее значение моментов. Что касается динамической составляю- цей момента, то здесь разница существенная,- что видно из рис. 8. При работе барабана оснащенного фрезами с четырыад-носками/'.
.коэффициент вариации мрыента:.Уц" почти в два раза'вше, чем при работе барабааа оснащенного шестью 'нояами. Кроме того, в опреде-
' ленном диапазоне "угловых скоростей барабана наблюдается увеличение коэффициента вариации момента, что обуславливается близостью частот-вяeшlиx-*oздecIви2-и_чacгoт-йodcтвeщшx-кoлeбaний -домини-- .." .рупцих колебательных систем в приводе.'. С увеличением .глубина фре-зерованил почвы-хвадйп^ект. вариации момента в приводе уменьшает^-.
; ся,!что.связано с демп^ирущей;.способность»'почвы при-больших '
глубгшах ..фрезерования.. ' ..''...",
.-і
м,кн-и
СО.С
Рис. 7.
Средние значения ыомента на барабане (i), трансмиссионном (2) и карданном (3) валах.
k-i
Ум,**
Щ А>
6),с
Рис. 8. Коэффициенты вариации моментов на барабане при установке четарех (1).и щеста (2) ножей.
500 л),<
*1
0 100 200 300 400 500 Л», С
Рве» 9. Нормированная спектральная плотность момента на
-1&-
Акализ спектрального состава переменкой составляющей момен-
. тов в трансмиссии при изменения параметров фрезерования показывает,
что при изменении скорости вращения барабана низкочастотные части
спектров ( ЛгЗОс*1 на рис. 9) практически не изменяются, что ка
сается высокочастотной части спектра,, то при изменении скорости
вращения барабана характер, спектра изменяется. При тех скоростях
вращения, когда частота внешних воздействии совпадает с одной из
собственных частот доминирующих колебательных систем, наблюдается
увеличение ординат спектральных плоскостей, что приводит к увели-
чениг дисперсии процесса. Вели частота внешних воздействий нахо
дится в^іе диапазона частот собственных колебаний системы, вся
энергця спектра находится в низкочастотном диапазоне и дисперсия
процесса уменьшаете;?. '
Результаты тензометрирования моментов на фрезе оснащенной ножами различного, типа показали, что динамическая составляющая момента зависит от.типа нога. Амплитуда момента минимальна по величине при.использовании саблевидных нозей при всех реализованных параметрах фрезерования почвы.
5. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДШИЛИ ПРИВОДА. РОТАЦИОННОГО ПЛУГА И СН2ЕЕНИЕ УРОВНЕЛ ВЫСОКОЧАСТОТНЫ! КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ
Проведенные исследования показали, что спектр переменной составляющей момента в приводе фрезерного агрегата значительно икре общепринятого ( 'ЦгОтЮе"1 ). Представленный на рис. 9 график спектральной плоскости свидетельствует о том, что частоти воздействий могут достигать i>e5CGr"'. Поэтому воздействия на привод/: следует отнести к широкополосным случайным процессам и с этих позиций производить расчет ресурса деталей трансмиссии по усталости. Известные формулы для расчета ресурса при широкополосно^ случайном нагрухении основанные на спектральном суммировании дают состоятельный прогноз ресурса на основании сопоставления однопарамег-рической куивоД-нагруасенности, выравнивание, которой производится-гамма-распределением. В связи с этим была произведена статисти- "ческая обработка полученных в полевых условиях осциллограмм моментов в приводе ротационного плута ПР-2,4 , фрезерного культиватора КОГ-3,6 , а также агрегата залуживания АЗ-2,4 с целью изучения
-/5?-
тов гамма-распределением; Статическая обработка осциллограмм производилась по методике, рекомендованной в отрасли сельскохозяйственного машиностроения.
490 630 77й 3W МК6;НН
Рис. 10. Распределения амплитуд момента.
На ряс. 10 представлено распределение приведенных амплитуд момента, передаваемого карданным валом культиватора.КЖГ-3,6 по результатам псследованиЗ В.И. Майстренко, без учета внсокочаст-ной составлящей момента (графзк І). Зїфавнявание эмпирического распределения автором произведено лбгаріфтескк-нормальньаГ'зако-ном (график 2). На этом ге рясушсе представлено распределение гашлктуд момента передаваемого карданным валом, .полученные в настоящей работе с учетом высокочастотных составлящих процесса (графік 3). В последнем случае выравнивание произведено гаыма-распре-двленвеа о параметром тн (грсфик 4). Как ввдгм, получена существенно рааюгаше распределена при-рааличноіі подходе к обработке оСїсйгЬграги. Опенка близости эмпирических ъ теоретических гаыма-распределешй производикась намк_по критерии Шрсона|. Для большинства распределений было- долучено T(Jf'/=0,96*3-о, что свидетельствует.об удовлетворительном согласии эмпирических, и творвгнчэскях-
-го-
В таблице представлены результата расчета'среднего ресурса . выполненные по известны:.' формулам с учетом и без учета высокочастотной составляющей-спектра крутящего момента в приводе.'
! Узел !
і '. і І І
Из таблицы видно, что средний ресурс, расчитанный без учета высокочастотной составлящей спектра момента имеет завышенные на 30-50 % значения.
Это обстоятельство необхо;аі.:о. учитывать при расчетах показателей надегности приводов ротационных почвообрабатывающих машин.
Амплитуды крутящих моментов в.приводе могут существенно изменяться с изменением скорости вращения барабана. Это обусловлено совпадением спектров частот воздействий и частот собственных колебаний доминирующих колебательных систем. Возникает вопрос о возможности разнесения указанных частотных диапазонов. Одним из воа-
- * гряисячжич
ножных решения. 8Т9гб.вопроса является использование фрезерной поч-вообрабатаваадеїї/машинн центрального модуля в котором совмещен конический редуктор, сменные шестерня для изменения передаточного числа и две цилиндрические передачи, обычно составляющие основу бортового редуктора. Использование центрального модуля имеет ряд преимуществ. Исключение из схемы привода бортового редуктора, а следо-ватвльй-н-трансмїіссиокнЬго'вала, значительно упрощает конструкцию * привода и уменьшает его массу. С точки зрения возникновения выско-частотных крутильных колебаний такая, схема имеет достоинство, так как исчезает доминирующая колебателйгіал система, определявшая . инерционной массой вращающихся частей^ бортового редуктора. Кинематическая QX6MQ привода с -центральннміредуктором улучшает условия -
' -2/.- .";''
работы фрезерного барабана так как редуктор, расположенный в.цен-; тре mgcikhh-является одновременно опороЗ двух краііних валов бара- . , бана, изгкбяая жесткость которых повышается. Кинематическая схема с центральне, редуктором делает конструкцию ыаиаы симметричной, т.е. ликвидирует несимметричное. нагруаение система подвески на транспортній.-ркямах и опорках'колес при резерованкл.'
Динамическне расчеты, проведенные для прізода с '.центральном . модулем показали, что роторный плут, им'еияпД центральный модуль ' по сравнению с плутом, шеївдш бортовые редуктора :іме.ет мєньзпй уровень амплитуд моментов в приводе на всех.режимах работы барабана. Кроме того здесь не наблюдается резонансных зон с резким , увеличением амплитуд момента в приводе. Поэтому кинематическая схема привода почвообрабатывающей машины с центральным модулем является более предпочтительной по сравнении со схемами, имеющими бортовые редукторы и трансшіссиошше валы. -
6. 'ОЩЗ ЗаВОді ПО РАБОТЗ .""."
Цроведеннке теоретические и экспериментальные,исследования': динамики фрезерных почвообрабатывающих машин пс—'олили сделать следующие выводе.
I. В процессе фрезерования почзн дисковими .фрезами с горизонтальной осью вращения происходит периодическое изменение окружной силы на фрезе, связанные с дискретностью процесса фрезерования. Заокномеряости изменения крутящего момента на фрезе различны в зависимости от типов используемых нояей. Наибольшую динамическую составляющую момента на фрезэ создают Г - образные или Т - образные (фронтальные) ножи. Амплитуда момента на фрезе снижается если рабочая часть ножа наклонена к оси барабана, саблевидные ножи создают амплитуду момента на ноже в три раза меньшую чем Г - образные.
2.' Удельная энергоемкость фрез, оснащенных криволинейными ножами как правило меньше по сравнению с прямолинейными примерно на 20 % за счет изменения формы борозды при обработке почва?
3. Использованные'для опипания-днппкочастаднаа. крутильных колебаний ( ^=150-50004 ) динамические модели позволили установ вить доминирующае колебательные системы, определяемые инерционными массами центрального и бортового редуктора с фрезерным баштаном* ^ас^отн_с^>бишшгдх крутильных колебаний доминирующих:
колебательных систем находятся в диапазоне частот внешних воздест-вий, создаваемых дискретностью процесса фрезерования.
,4. Аышштуды крутящих моментов, передаваемых карданным и транс-і»:иссионн:аш валами существенно зависят от типа применяемых ножей' на фрезе и скорости вращения барабана. Ори любых скоростях вращения наибольшую дднашческуй составляющую момента на валах дают (Г - образные) нала, наименьшую - саблевидные ноли. В диапазоне скоростей вращения барабана роторного плуга ПР-2,6 a)=J5-f-25e~ динамическая составляющая момента на карданном и трансмиссионных валах минимальная.
-
Дискретность процесса фрезерования дисковой фрезой с горизонтальной осью вращения приводит к запаздыванию по времени мевду угловой скоростью и моментом на барабане. Это обуславливает появление крутильных автоколебаний в приводе, исследование устойчивости с пспоірьзованием метода Д - разбиения пространива параметров характеристического уравнения показало, что ограничение на величины момента инерции и скорость вращения барабана не позволяют получить устойчивых реякмов работы реальной машины.
-
Анализ осциллографических записей крутящих моментов 'в трансмиссии роторного плуга ПР-2,4 показал, что расстановка и число но-аей на барабане практически не влияет на постоянную составляющую моментов ка приводных валах, динамическая составляющая существенно зависит от числа нокей на фрезе и уменьшается примерно в два раза при увеличении числа ножей от четырех до шести.
-
Спектральный анализ моментов в приводе ротационного плуга ПР-2,4 показал, что при изменении параметров фрезерованая ( (О ,
"tfVj ) низкочастотная часть спектра ( ^ЗОс"') практически не изменяется, высвдочасготная часть (>>> 250 еч ) изменяется в зависимости от близости частот -воздействий п собственных колебаний инерционных масс.
-
Анализ статистических распределений амплитуд моментов в приводе показал, что при учете всего спектра воадеаствяё фя выравниваются гаша-распределенкза. Прогноз среднего ресурса получается состоятельным при использовании формул, основанных не езвкграяыка; суммировании воздайсхвий*
-
Снизить высокочастотные крутильные колебания в дршвде~ро-тационноа' іючвообрабатнвахщеи машины ыохио рациональным: вибором кинематической схемы привода и общей компановки машины . -Дяя ротационного дкгга ДР-2.7, например, ислольаов
*-25-
ного коническо-цилиндрического редуктора (без трансмиссионных валов) позволяет стабилизировать динамическую составлянцую момента. Предложенные рекомендации по усовершенствованию конструкции привода плуга с активякш рабочими типа ЯР-2,7 поззоляег повысить над&к-ность привода.
