close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Подобие и конструктивно-технологическая преемственность зерноуборочных комбайнов нового поколения..pdf

код для вставкиСкачать
Вестник КрасГАУ. 2006. №11
От функции (27) в соответствии с решением, приведенном в [1], найдем перемещения:
u=-
1
b0
2
2(1
)с 2
1
υ=
( 2
2
4(1
)с 2
1
w=
( 2
2
4(1
)с 2
sinθ;
2
2
)b0 cosθ;
(28)
)b0 sinθ .
При решении конкретной задачи в соответствии с еѐ условиями из выражений (28) следует убрать перемещения арки как абсолютно твердого тела.
Литература
1. Галеркин, Б.Г. Определение напряжений и перемещений в упругом изотропном теле при помощи трех
функций / Б.Г. Галеркин // Изв. НИИ гидротехники. – 1931. – Т.1.
УДК 667.637.2:621.7.029
С.И. Торопынин, С.А. Терских
ПОДОБИЕ И КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПРЕЕМСТВЕННОСТЬ
ЗЕРНОУБОРОЧНЫХ КОМБАЙНОВ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ
Проведенный анализ тенденции развития отечественного комбайностроения показывает, что существует подобие и конструктивно-технологическая преемственность зерноуборочных комбайнов нескольких поколений. Эти факторы являются
предпосылкой современного метода прогнозирования износов и обеспечения преемственного развития технологии восстановления деталей на перспективу.
Для выполнения сельскохозяйственных работ создаются машины по функциональному назначению
(например, плуги, сеялки, культиваторы, зерноуборочные комбайны и т.п.). С целью повышения технических
показателей, их конструкции в своем развитии совершенствуются по так называемой классической схеме,
основываясь на достижениях теории процессов, кинематики, динамики и силового расчета, теории производства, потребления и старения машин [1].
При расчете и конструировании комбайны рассматриваются как сложные динамические системы,
представляющие собой совокупность взаимосвязанных объектов и процессов. Расчетная модель комбайна
основана на установленных вероятностно-статистических связях между процессами с входными и выходными параметрами [2]. Входные (физико-механические свойства и структура хлебной массы, сопротивление
движению и др.) преобразуются в выходные переменные (технологические, эксплуатационные, энергетические и другие показатели). Между техническими показателями (производительностью и такими параметрами,
как урожайность, ширина захвата, вместимость бункера, удельная энерговооруженность (кВт/т)) установлены статистические связи. Коэффициент корреляции между ними составляет 0,6…0,7 [3].
По мере совершенствования технологии выращивания зерновых культур и повышением урожайности,
физическим моделированием на базе расчетной модели создан ряд однотипных конструкций комбайнов с
изменением масштаба. У комбайнов сохранилась физическая природа технологического процесса (обмолота зерна), стабилизировались принципиальные конструктивные и кинематические схемы, общая компоновка
агрегатов. Основные рабочие органы однотипны и отличаются в основном размерами. Предусматривается
производство комбайнов пропускной способностью 6,0; 9,0; 12,0 кг/с при ширине молотилки 1200 и 1500 мм
также в рамках существующей схемы [4].
Численные значения показателей технического уровня комбайнов уже достигли предельных, и наметилась тенденция интенсификации рабочих процессов обмолота и сепарации грубого вороха, достижению
которой частично уже способствовали оптимизация размеров и рациональное размещение рабочих органов.
171
Техника
В дальнейшем интенсификация возможна за счет активизации работы наклонной камеры, увеличения ширины молотилки и длины клавишей. Но ширина молотилки может быть доведена лишь до размера 1625 мм изза ограничения габаритов перевозки по железным дорогам.
За рубежом, в развитых странах [5], изготавливается около 100 моделей зерноуборочных комбайнов с
пропускной способностью от 1,0 до 7,0 кг/с хлебной массы. Принципиальная технологическая схема зарубежных комбайнов и применяемые типы рабочих органов примерно одинаковы и отличаются в основном
размерами. Исключение составляют комбайны Японии (с шириной захвата 0,5…1,5 м, с двигателями мощностью до 10 л.с.) и некоторые модели («Нью-Холланд» модель ТР-70, «Интернешнл Харвестер» модели
1440, 1460, 1480) комбайнов США с аксиальной подачей хлебной массы и ротационным сепаратором соломистого вороха [6]. В остальном конструктивная и кинематическая схемы у них не отличаются от отечественных комбайнов.
Отечественное комбайностроение освоило производство первой модели самоходного комбайна
С-4 (с шириной молотилки 900 мм) еще в 1947 году. В процессе развития конструкции создан ряд моделей комбайнов. Используя теорию подобия и размерностей [6], покажем, что комбайны однотипны и
динамически подобны, и им присуще лишь изменение масштаба характеристик. При этом установим
связь между техническими характеристиками комбайнов различных марок, выражая их через основные
размерности механической системы: длина (L), масса (m) и время (t). Для этого разделим абсолютные
значения характеристик комбайнов на соответствующие значения комбайна СК-4 (приняв его за эталон)
и получим их относительные значения (табл. 1). Неизвестное значение времени tc совершающихся процессов определяется косвенным путем через относительные величины по выражению:
FC mC
.
qC QC
tC
(1)
Связь между характеристиками комбайнов выражена через коэффициент подобия, в качестве которого принято расчетное значение коэффициента пропускной способности, определяемое по выражению:
mC
.
tC
QC
(2)
Среднее отклонение показателей QC и QC (табл. 1) составляет 0,085.
По относительным значениям характеристик построены графики (рис. 1) с установленной формой
связи. Ошибки О составляют 8…15% от средних величин переменных, что позволяет признать выравнивание удовлетворительным.
Между характеристиками существует функциональная зависимость:
Q , N , F , m, q
0.
(3)
Выражение (3) может быть представлено в виде зависимости между критериями подобия. Для перехода к ним в качестве основных единиц выбраны величины Q , N , m, для которых определитель = 2.
Согласно теории подобия [6], эти величины независимы, так как составленный из показателей степеней переменных определитель отличен от нуля. Тогда размерности остальных величин будут следующими:
F
q
N
N
m
2
Q
m Q
3
2
.
,
(4)
(5)
Применяя метод нулевых размерностей [6], получаем выражение в виде критериев подобия
0 , где
Ф П1 , П 2
П1
П2
F Q3
,
N m2
q Q2
.
N m
172
(6)
(7)
Вестник КрасГАУ. 2006. №11
Таблица 1
Характеристики зерноуборочных комбайнов в абсолютных и относительных единицах
Показатель
Масса, m, т
Масштаб, mC
Пропускная способность, Q, кг/с
Масштаб, QC
Мощность, N, л.с.
Масштаб, NC
Площадь сечения молотилки, F, м2
Масштаб, FC
Производительность,
q, га/ч
Масштаб, qC
Масштаб
времени, tC
Согласно теории подобия:
масштаб, QC
погрешность
Размерность
Марка комбайна
ЕнисейЕнисей1200
950
9,59
10,52
1,52
1,68
СК-5
СК-6
Дон-1200
7,78
1,24
9,42
1,51
11,5
1,84
Дон1500
12,8
2,05
6,5
1,62
185
2,46
5,0
1,25
100
1,33
6,0
1,25
150
2,0
6,5
1,63
160
2,13
8
2,0
220
2,93
20,06
1,29
20,72
1,33
17,53
1,13
23,13
1,49
23,13
1,49
23,65
1,84
5,76
1,5
6,05
1,58
6,30
1,64
4,8
1,25
5,76
1,5
6,24
1,63
7,68
2
0,84
0,84
0,89
0,92
0,96
0,99
1,02
0,97
1,31
0,06
1,67
0,17
1,71
0,13
1,83
0,21
1,31
0,06
1,53
0,03
1,8
0,17
2,11
0,11
СК-4
СКД-5
СКД-6
[М]
6,25
1,0
6,88
1,1
8,75
1,4
[М] [Т]-1
4,0
1,0
75
1,0
5,0
1,25
100
1,33
6,0
1,5
120
1,6
6,3
1,58
140
1,87
[L]2
15,54
1,0
15,54
1,0
17,71
1,14
[L]2 [Т]-1
3,84
1,0
4,8
1,25
1,0
1,0
-
[М] [L]2 [Т]-3
QC=
QC-Q
C
173
Техника
Рис. 1. Связь относительных характеристик между пропускной способностью,
а) мощностью Nc , б) площадью сечения молотилки Fc , в) массой mc , г) временем tc
По данным табл. 1 определены расчетные значения критериев (см. табл. 2) и построен график связи
между критериями (рис. 2).
Рис. 2. Связь между критериями подобия П1 и П2:1 – комбайн СК-4; 2 – СКД-5; 3 – СКД-6;
4 – Енисей-1200; 5 – Енисей-950; 6 – СК-5; 7 – СК-6; 8 – Дон-1200; 9 – Дон-1500
174
Вестник КрасГАУ. 2006. №11
Каждая точка графика через критерии подобия связывает между собой все выбранные величины Q,
N, F, m, q. Выравнивание признается удовлетворительным, поскольку ошибка О составляет 11% от среднего значения П2 = 0,14. Делением П2 на П1 определяем критерий
П
mq
FQ
idem .
(8)
Это выражение для подобных комбайнов должно иметь одно и то же значение (idem) и оценивается
по индикатору подобия . Индикатор связывает между собой коэффициенты подобия выражением:
mC qC
FC QC
Так как QC
qC , то
mC
FC
1.
(9)
1.
В табл. 1 приведены значения индикаторов, среднее отклонение которых от единицы составляет 0,11.
Из проведенного анализа следует, что отечественные комбайны имеют однотипную конструкцию и среди них
существует динамическое подобие. При этом наблюдается изменение масштаба их характеристик.
Далее рассмотрим конструкции комбайнов в плане их подготовки к серийному производству.
Любая конструкция машины отрабатывается на технологичность. Известен метод прогн озирования
эксплуатационной технологичности машин на этапе их проектирования, основанный на установлении
зависимости между видами затрат времени на обслуживание и фактической производительностью
машинно-тракторного агрегата [7].
Понятие технологичности определяется совокупностью эксплуатационных, конструктивных и технологических решений, направленных на повышение эффективности производства за счет снижения себестоимости машин и затрат на подготовку производства, а также уменьшения сроков освоения машин новых марок. При этом учитываются использованные в конструкции унифицированные материалы, покупные и стандартные, а также заимствованные изделия, детали, уже освоенных производством для ранее выпускавшихся машин. Также отрабатывается конструкция детали на технологичность, основываясь на использовании
элементов стандартизации, унификации, нормализации, преемственности.
Исходя из геометрической формы, детали зерноуборочных комбайнов, изготовленных методом механической обработки, классифицируются на 10 классов (валы, втулки, диски, зубчатые колеса, крестовины,
рычаги, эксцентричные, плоскостные, корпусные и профильные детали) [8]. Наиболее массовыми деталями
на зерноуборочных комбайнах являются валы. Каждый из них имеет множество рабочих поверхностей, требующих восстановления вследствие их износа. В пределах этого класса рассматриваются не только гладкие
и ступенчатые валы, а также приемный битер, шнеки, эксцентричные валы и т.д., т.е. детали имеющие общность по технологии изготовления и восстановления.
Основные характеристики по каждому наименованию валов молотилки и жатки приведены в
табл. 2. Анализ ее данных по горизонтали показывает, что у валов многих наименований сохраняется
преемственность по материалу. У шести наименований валов (№ 2, 5, 13, 14, 19, 21 ) сохранилась эта
преемственность от комбайна С-4 до комбайнов семейства «Дон»; у семи наименований (№ 9, 15, 20,
22, 23, 24, 25) – то же от комбайна СК-3. Валы изготавливаются из проката круглого сечения, материал
– в основном сталь 35, 40, 45. Используются заимствованные валы от предшественника на следующих
марках комбайнов. Например, вал кривошипа (№ 3) используется на комбайнах от СК -3 до СК-6 включительно; пять наименований (№ 5, 14, 15, 20, 22) – до комбайна СК-5, из них три наименования (№ 5, 14,
20) выполнены в том же конструктивном исполнении для комбайна СК-6 лишь с изменением размера по
длине. Другие показатели унификации приведены в табл. 3.
175
Техника
Таблица 2
Конструктивно-технологическая преемственность валов зерноуборочных комбайнов
№
п/п
1
1
Наименование
детали
2
Ось шнека
2
Ось правая
3
Вал привода
4
5
Вал контрпривода жатки
Вал нижний
6
Вал верхний
7
Битер приемный
8
Вал барабана
9
Шнек бункера
10
Шнек выгрузной
11
12
Шнек распределительный
Вал битера
3
а
б
а
б
а
б
а
б
а
б
а
б
а
б
а
б
а
б
а
б
а
б
а
б
С-4, С-4М
4
Сталь 35
30
Сталь 35
25
Ст. 3
35
Сталь 35
25
Сталь 35
25
Сталь 35
30
Ст. 5
30
Сталь 45
40, 45
СК-3
5
СК-4
6
Марка зерноуборочного комбайна
СКД-5
СКД-6
Енисей
7
8
9
Сталь 45
35
СК-5
10
Сталь 35
40
Дон-1500
12
Сталь 45Х
Сталь 40Х
60
Сталь 40Х
40
30
Сталь 45
35
Сталь 35
СК-6
11
Сталь 40Х
40
50
Сталь 35
32
Ст. 5
32
Сталь 35
20
55
Сталь 45
50
Сталь 40Х
70
60
35
30
30
25
Сталь 35
30
20
35
176
35
Сталь 35
35
Сталь40ХГС
70
Вестник КрасГАУ. 2006. №11
1
13
2
Шнек малый
3
4
5
6
7
8
9
а Сталь 35
б
20
25
30
14 Вал колебательный
а Сталь 35
б
25
30
15 Вал соломотряса
а Ст. 5
Сталь 35
б
25
30
16 Вал главного контрприа
Сталь 45
вода
б
45
50
55
60
17 Вал вентилятора
а Сталь 35
б
25
30
18 Вал элеватора
а Ст. 3
Сталь 35
б
25
20
25
19 Шнек зерновой
а Сталь 35
б
25
30
20 Вал заднего контрприа
Сталь 45
вода
б
35
21 Шнек колосовой
а Сталь 35
б
25
30
22 Вал соломотряса
а Ст. 5
Сталь 35
б
25
30
23 Вал половонабивателя
а
Сталь 35
б
30
24 Вал соломонабивателя
а
Сталь 35
б
30
25 Вал ведомый
а
Сталь 35
б
30
Примечание: а) преемственность деталей по материалу; б) детали заимствованы от предшественника;
сти, мм; – детали комбайна СК-5 заимствованы от СК-4.
177
10
20‫٭‬
11
Окончание табл. 2
12
25
35
35
20‫٭‬
20
25
Сталь 45
35
Сталь 40Х
30
30
50
25
30
35
35
35
– максимальный диаметр рабочей поверхно-
Техника
Таблица 3
Показатели унификации комбайнов
Подшипниковые
узлы с манжетами
Те же узлы без
манжет
Соединения
с
призматической
шпонкой
Соединения с клиновой шпонкой
Другие соединения
0,39
Марка комбайна
ЕнисейЕнисейСК-4
СКД-5 СКД-6
1200
950
Коэффициент унификации узлов
0,39
0,36
0,03
0,03
0,03
0,04
0,04
0,03
0,36
0,37
0,36
0,36
0,36
0,32
0,12
0,12
0,15
0,16
0,16
0,17
0,18
0,19
0,23
0,12
0,12
0,13
0,11
0,11
0,09
0,09
0,08
0,04
0,33
0,34
0,34
0,34
Сталь 35
Сталь 45
Сталь 45Х
Сталь 40
Сталь 40Х
Сталь 30ХГСА
Ст. 5
Всего валов
0,80
0,16
0,33
0,33
0,34
0,34
0,34
Коэффициент применяемости материалов
0,80
0,77
0,77
0,77
0,76
0,16
0,15
0,15
0,15
0,15
0,76
0,16
0,76
0,16
0,58
0,13
0,04
0,04
0,17
0,04
Наименование
СК-3
0,04
25
0,04
25
СК-5
СК-6
Дон1500
0,03
0,03
0,07
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
26
0,04
26
0,04
26
0,04
26
0,04
25
0,04
25
24
Примечание: коэффициент конструктивной преемственности (заимствованных валов от комбайна предшественника): СК-3/СК-4 = 0,68; СК-4/СКД-5 = 0,58; СКД-5/СКД-6 = 0,5; СКД-6/Енисей-1200 = 0,88;
Енисей-1200/Енисей-950 = 0,92; СК-4/СК-5 = 0,48; СК-5/СК-6 = 0,2.
В процессе развития конструкции комбайнов у валов в основном изменяются размеры по длине и по
диаметру. Например, вал барабана комбайна С-4 диаметром 40 мм и массой 14 кг увеличен до диаметра
70 мм и массы 56,6 кг на комбайне Дон-1500. У некоторых наименований валов изменились незначительно
частоты их вращения как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения. Исключение составляет вал
отбойного битера (№ 12, табл. 2); на комбайнах С-4, СК-3, СК-4 частота вращения составляла 477 мин-1, а на
последующих моделях превышала 800 мин-1. Внесенные изменения в конструкцию валов комбайнов последующих моделей обусловлены повышением пропускной способности, увеличением нагрузок, необходимостью повысить их прочность. Тем не менее, валы одного наименования имеют конструктивнотехнологическую преемственность.
Выводы
1. Отечественные комбайны имеют однотипную конструкцию и среди них существует динамическое
подобие. При этом наблюдается изменение масштаба их характеристик.
2. Существует конструктивно-технологическая преемственность зерноуборочных комбайнов нескольких поколений.
3. Указанные факторы являются предпосылкой совершенствования метода прогнозирования износов
и обеспечения преемственного развития технологии восстановления деталей на перспективу.
Литература
1. Селиванов, А.И. Основы теории старения машин /А.И. Селиванов. – М.: Машиностроение, 1971. – 408 с.
2. Лурье, А.Б. Расчет и конструирование сельскохозяйственных машин /А.Б. Лурье, А.А. Громбчевский. –
Л.: Машиностроение, 1977. – 528 с.
3. Колобов, Г.Т. Методические предпосылки прогнозирования показателей технического уровня тракторов
178
Вестник КрасГАУ. 2006. №11
4.
5.
6.
7.
8.
и сельскохозяйственных машин / Г.Т. Колобов, А.Р. Мусин, З.Я. Жук [и др.] // Тракторы и сельхозмашины. – 1980. – № 7. – С. 1–4.
Кряжков, В.М. Основные направления научно-исследовательских работ по техническому перевооружению сельского хозяйства / В.М. Кряжков // Техника в сельском хозяйстве. – 1990. – №2. – С. 3–4.
Американская техника и промышленность // Сельскохозяйственная техника. – М.: Внешторгреклама,
1978. – Вып. 7. – 158 с.
Теория подобия и размерностей. Моделирование / П.М. Алабужев, В.Б. Геронимус, Л.М. Минкевич
[и др.]. – М.: Высш. шк., 1968. – 206 с.
Халфин, М.А. Поэтапное прогнозирование эксплуатационной технологичности и производительности
МТА / М.А. Халфин // Тракторы и сельхозмашины. – 1980. – №5. – С. 3–8.
Аунапу, Ф.Ф. Технология сельскохозяйственного машиностроения / Ф.Ф. Аунапу, Ю.М. Гриванс, В.А. Михенин. – М.: Машиностроение, 1968. – 498 с.
179
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа