CC BY
8
Вестник Курганской ГСХА №1,2019 Технические науки ßQ
УДК 537.311.6
И.П. Попов, В.Г. Чумаков, В.Ю. Левитский, Л.Я. Чумакова
АВТОБАЛАНСИРОВКА РЕШЕТНЫХ СЕПАРАТОРОВ С ПОСТОЯННЫМ ПРИВЕДЕННЫМ МОМЕНТОМ ИНЕРЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «КУРГАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ИМЕНИ Т.С. МАЛЬЦЕВА», КУРГАН, РОССИЯ
I.P. Popov, V.G. Chumakov, V.Yu. Levitskiy, L.Ya. Chumakova AUTO BALANCING OF SIEVED SEPARATORS WITH A CONSTANT EQUIVALENT MOMENT OF INERTIA FEDERAL STATE BUDGETARY EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER EDUCATION «KURGAN STATE AGRICULTURAL ACADEMY BYT.S. MALTSEV», KURGAN, RUSSIA
Игорь Павлович Попов
Igor Pavlovich Popov ip. popow@yandex. ru
Владимир Геннадьевич Чумаков
Vladimir Gennadevich Chumakov Доктор технических наук, доцент vg ch u та kov@ma i I. ru
Владимир Юриевич Левитский
Vladimir Yurievich Levitskii кандидат исторических наук, доцент [email protected]
Любовь Яковлевна Чумакова
Lubov' Yakovlevna Chumakova vg ch u ma kov@ma i I. ru
Аннотация. Отмечено, что решетные станы зерноочистительных машин совершают линейные колебания с высокой для их массы частотой, что приводит к развитию значительной непроизводительной механической реактивной инерционной мощности, которая может на порядок превосходить производительную (или полезную) диссипативную мощность. Поэтому нейтрализация инерционной мощности приводит к существенному повышению энергоэффективности механизма. Самонейтрализация инерционной мощности осуществляется в механизмах с постоянным приведенным моментом инерции за счет смещения фаз колебаний рабочих органов, количество которых может быть любым. Вместе с тем, динамика механизма с постоянным приведенным моментом инерции с двумя массивными рабочими органами имеет преимущественно теоретическую ценность, поскольку его практическое использование затруднено из-за несбалансированности механизма. Совершенно очевидно, что степень сбалансированности (или несбалансированности) механизма непосредственно связана со «степенью» центральной симметрии фигуры (звезды), образованной кривошипами. Целью работы является установление условий автобапансировки механизмов с постоянным приведенным моментом инерции с четырьмя и тремя рабочими органами. Задачи исследования состоят в определении сил, действующих на корпус механизма. Актуальность настоящего исследования обусловлена необходимостью определения минимально возможного числа рабочих органов, при котором выполняется автобалансировка механизма с постоянным приведенным моментом инерции. «Звезды», образованные кривошипами механизмов с постоянным приведенным моментом инерции с числом рабочих органов более двух, обладают центральной симметрией. Такие механизмы сбалансированы. Минимальное число рабочих органов, совершающих линейные колебания, в сбалансированном механизме с постоянным приведенным моментом инерции равно трем.
Ключевые слова: решетный стан, колебания, фаза, инерционная мощность, автобалансировка, центральная симметрия.
Abstract. It is noted that the sieve boots of grain cleaning machines perform linear oscillations with a high frequency for their mass which leads to the development of considerable unproductive mechanical reactive inertial power, which can exceed the productive (or useful) dissipative power by an order of magnitude. Therefore, the neutralization of inertial power leads to a significant increase in the energy efficiency of the mechanism. Self-neutralization of inertial power is carried out in mechanisms with a constant equivalent moment of inertia due to the shift of the phases of oscillation of the working bodies, with any number. At the same time the dynamics of the mechanism with a constant equivalent moment of inertia with two massive working bodies has mainly theoretical value since its practical use is difficult due to the imbalance of the mechanism.
It is obvious that the degree of balance (or imbalance) of the mechanism is directly related to the "degree" of the central symmetry of the figure (star) formed by the cranks. The aim of the work is to establish the conditions for auto-balancing mechanisms with a constant equivalent moment of inertia with four and three working bodies. The tasks of the study are to determine the forces acting on the body of the mechanism.
The relevance of this study is due to the need to determine the minimum possible number of working bodies at which auto-balancing of the mechanism with a constant equivalent moment of inertia is performed. "Stars" formed by cranks of mechanisms with a constant equivalent moment of inertia with more than two working bodies have central symmetry. Such mechanisms are balanced. The minimum number of working bodies performing linear oscillations in a balanced mechanism with a constant equivalent moment of inertia is three.
Keywords: sieve boot, oscillations, phase, inertial power, auto-balancing, central symmetry.
Введение. Решетные станы зерноочистительных машин совершают линейные колебания с высокой для их массы частотой [1-3], что приводит к развитию значительной непроизводительной механической реактивной инерционной мощности, которая может на порядок превосходить производительную (полезную) диссипативную мощность. Поэтому нейтрализация инерционной мощности приводит к существенному повышению энергоэффективности механизма [4-6].
Самонейтрализация инерционной мощности осуществляется в механизмах с постоянным приведенным моментом инерции за счет смещения фаз колебаний рабочих органов, количество которых может быть любым. Например, для механизма с двумя рабочими органами смещение фаз составляет тт/2 [7 - 9], а с тремя - 2тт/3.
Вместе с тем, динамика механизма с постоянным приведенным моментом инерции с двумя массивными рабочими органами имеет преимущественно теоретическую цен-
Научный журнал
Вестник Курганской ГСХА
ность, поскольку его практическое использование затруднено из-за несбалансированности механизма.
На рисунке 1 показаны силы инерции, действующие на кривошипы или эксцентрики в механизме с постоянным приведенным моментом инерции с двумя массивными ра-
механизме с двумя рабочими органами
При этом
^=^йС05ф1=^;С05ф, (1)
= К С05Ч>2 = К со;з(ф + V2) = 5111Ф (2)
Г = Г2= Гт со5ф - Гт 5Шф ^ 0 (3)
Таким образом, механизм не сбалансирован. Суммарная сила передается на опоры приводного вала и на корпус машины, вызывая значительную вибрацию.
Совершенно очевидно, что степень сбалансированности (или несбалансированности) механизма непосредственно связана со «степенью» центральной симметрии фигуры (звезды), образованной кривошипами.
Двухлучевая «звезда» на рисунке 2 несимметрична.
«Звезды» в механизмах с постоянным приведенным моментом инерции с числом рабочих органов более двух обладают центральной симметрией.
Целью работы является установление условий автобалансировки механизмов с постоянным приведенным моментом инерции с четырьмя и тремя рабочими органами.
Задачи исследования состоят в определении сил, действующих на корпус механизма.
Актуальность настоящего исследования обусловлена необходимостью определения минимально возможного числа рабочих органов, при котором выполняется автобалансировка механизма с постоянным приведенным моментом инерции.
Методика. Основными методами исследования в рамках настоящей работы являются методы математического моделирования и анализа. При этом исследуется не сам физический объект, а его математическая модель - «эквивалент» объекта, отражающий в математической форме важнейшие его свойства - законы, которым он подчиняется, связи, присущие составляющим его частям, и т. д. Использованные виды моделирования являются детерминированными, динамическими и непрерывными.
Задачи исследования решались методами теоретической механики, математики и теории решения изобретательских задач.
Для минимизации объемов ОКР использована зерноочистительная машина ОЗС-5С) с четырьмя решетными станами [10]. Ее достоинством является возможность модернизации таким образом, чтобы приведенный момент инерции стал постоянным. Для этого нет необходимости в трудоемком изготовлении эксцентриковых валов со смещением эксцентриков на тт/2. Кинематическая схема машины позволяет, не изменяя конструкцию эксцентриковых ва-
лов 3, обеспечить смещение фазы колебаний любой пары решетных станов 1 на тт/2 за счет относительного разворота эксцентриковых валов 3 на 90 градусов. Это выполняется при размыкании цепной передачи 4. При этом оба решетных стана верхней пары и оба решетных стана нижней пары продолжают работать в противофазе, что обеспечивает динамическую уравновешенность машины.
Результаты. Автобалансировка механизма с постоянным приведенным моментом инерции с четырьмя массивными рабочими органами. На рисунке 2 показаны силы инерции, действующие на кривошипы (эксцентрики) в механизме с постоянным приведенным моментом инерции с четырьмя рабочими органами.
механизме с четырьмя рабочими органами
«Звезда», образованная кривошипами, обладает центральной симметрией. При этом
f1 = fm cos фх = fm cos ф, (4) f2 = f,„ совфг - fm сов(ф + п/2) - -fm sinФ , (5)
Fi = F,n COS93 = F,n cos(q + n) = -fm совф, (6)
f4 = fm cos ф4 - fm cos (<p + 3n¡2) = fm sin <p, (7)
f = f1 + f2 + f3 + f4 =
= fm cos ф - fm sin ф - fm cos ф + fm sin ф = 0. (8)
Таким образом, механизм сбалансирован. Автобалансировка механизма с постоянным приведенным моментом инерции стремя массивными рабочими органами. На рисунке 3 показаны силы инерции, действующие на кривошипы в механизме с постоянным приведенным моментом инерции стремя рабочими органами.
i
/ \ / \
"V"
Г~Г
Рисунок-Силы инерции, действующие на кривошипы механизма стремя рабочими органами
«Звезда», образованная кривошипами, обладает центральной симметрией. При этом
=ГтС05ф, (9)
= ^нсозФ2 =^СОЗ(Ф + 27^3), (Ю)
Вестник Курганской ГСХА №1,2019 Технические науки Q'|
^з =^С08ф3 -^„С08(ф + 4тг/3), (11)
= К ЬОЪ Ф1 + К СОБ ф2 + СОБ Фз =
- Рт СОвф + ^,2соз(ф + 71)соз(—л/3) - 0. (12)
Таким образом, механизм сбалансирован. Дальнейшие исследования будут направлены на согласование кинематики предлагаемых приводов решетных сепараторов с технологией фракционирования и очистки зерна [11.
Выводы. «Звезды», образованные кривошипами механизмов с постоянным приведенным моментом инерции с числом рабочих органов более двух, обладают центральной симметрией. Такие механизмы сбалансированы.
Минимальное число рабочих органов, совершающих линейные колебания, в сбалансированном механизме с постоянным приведенным моментом инерции равно трем.
Список литературы
1 Попов И.П., Чумаков В.Г, Родионов С.С., Чумакова Л.Я., Родионова С.И. Полная механическая мощность при колебательных технологических процессах в кормопроизводстве // Вестник Курганской ГСХА. 2017. № 3 (23). С. 69-71.
2 Попов И.П., Попов Д.П., Кубарева С.Ю. Об одном способе нейтрализации реакции массивных деталей и узлов на внешние периодические воздействия // Вестник Курганской ГСХА. 2012. № 2 (2). С. 60-62.
3 Попов И.П., Левитский В.Ю., Чумаков В.Г, Родионов С.С., Чумакова Л.Я., Родионова С.И. О применимости кинематической схемы решетного сепаратора с взаимно нейтрализованными механическими инертными реактансами // Методы механики в решении инженерных задач: материалы I Всероссийской научно-практической конференции (12 октября 2017 г). Курган: Изд-во Курганской ГСХА, 2017. С. 53-57.
4 Попов И.П., Чумаков В.Г., Родионов С.С., Попов Д.П. Результаты исследований энергопотребления решетной зерноочистительной машины // Вестник Курганской ГСХА. 2016. № 1 (17). С. 67-70.
5 Попов И.П., Чумаков В.Г, Родионов С.С., Чумакова Л.Я. Рассеивание мощности в зерновом ворохе при решетной сепарации // Вестник Курганской ГСХА. 2017. № 1 (21). С. 75-77.
6 Попов И.П., Чумаков В.Г., Родионов С.С., Шевцов И.В. Инерционная мощность решетной зерноочистительной машины // Вестник Курганской ГСХА. 2015. № 3 (15). С. 77-79.
7 Попов И.П., Чумаков В.Г., Родионов С.С., Шевцов И.В., Низавитин С.С. Механизм зерноочистительной машины с постоянным приведенным моментом инерции // Вестник Курганской ГСХА. 2015. № 1 (13). С. 68-71.
8 Попов И.П., Чумаков В.Г., Левитский В.Ю., Родионов С.С., Чумакова Л.Я., Родионова С.И. Механизм с постоянным приведенным моментом инерции для зерноочистительной машины стремя решетными станами//Вестник Курганской ГСХА. 2018. № 1 (25). С. 76-79.
9 Попов И.П., Чумаков В.Г., Левитский В.Ю., Родионов С.С., Чумакова Л.Я., Родионова С.И. Определение влияния смещения фаз колебаний решетных станов на виброхарактеристики решетной машины // Методы механики в решении инженерных задач: материалы I Всероссийской научно-практической конференции (12 октября 2017 г.). Курган: Изд-во Курганской ГСХА, 2017. С. 58-60.
10 Попов И.П., Левитский В.Ю., Чумакова Л.Я., Низавитин С.С., Михайлов В.В. Оценка экономической эффек-
тивности от внедрения механизма с постоянным приведенным моментом инерции для зерноочистительной машины 03C-50 // Пути реализации Федеральной научно-технической программы развития сельского хозяйства на 20172025 годы: материалы международной научно-практической конференции (19-20 апреля 2018 г.). Курган: Изд-во Курганской ГСХА, 2018. С. 1076-1080.
11 Фоминых А.В., Фомина С.В., Мекшун Ю.Н. Решетный стан с переменной амплитудой // Сельский механизатор. 2005. № 8. С. 28.
List of reference
1 Popov I.P., Chumakov V.G., Rodionov S.S., Chumakova L.Ya., Rodionova S.I. Full mechanical power at oscillatory technological processes in fodder production // Vestnik of Kurgan State Agricultural Academy. 2017. № 3 (23). Pp. 69-71.
2 Popov I.P., Popov D.P, Kubareva S.Yu. About one method of neutralizing the reaction of massive parts and assemblies to external periodic effects //Vestnik of Kurgan State Agricultural Academy. 2012. № 2 (2). Pp. 60-62.
3 Popov I.P., Levitskiy V.Yu., Chumakov V.G., Rodionov S.S., Chumakova L.Ya., Rodionova S.I. About the applicability of the kinematic scheme of a sieve separator with mutually neutralized mechanical inert reactants // Methods of mechanics in solving engineering problems: materials of the l-st All-Russian Scientific and Practical Conference (October 12, 2017). Kurgan: Publishing house of Kurgan State Agricultural Academy, 2017. Pp. 53-57.
4 Popov I.P., Chumakov V.G., Rodionov S.S., Popov D.P. Studiy results of energy consumption of the sieve grain cleaning machine // Vestnik of Kurgan State Agricultural Academy. 2016. № 1 (17). Pp. 67-70.
5 Popov I.P., ChumakovV.G., Rodionov S.S., Chumakova L.Ya. Dispersion of power in the grain pile at sieve separation // Vestnik of Kurgan State Agricultural Academy. 2017. №1 (21). Pp. 75-77.
6 Popov I.P., ChumakovV.G., RodionovS.S., Shevtsov I.V. Inertial capacity of the sieve grain cleaning machine //Vestnik of Kurgan State Agricultural Academy. 2015. № 3 (15). Pp. 77-79.
7 Popov I.P., ChumakovV.G., RodionovS.S., Shevtsov I.V., Nizavitin S.S. The mechanism of the grain cleaning machine with a constant equivalent moment of inertia // Vestnik of Kurgan State Agricultural Academy. 2015. № 1 (13). Pp. 68-71.
8 Popov I.P., Chumakov V.G., Levitskiy V.Yu., RodionovS.S., Chumakova L.Ya., Rodionova S.I. Mechanism with a constant equivalent moment of inertia for a grain cleaning machine with three sieve boots // Vestnik of Kurgan State Agricultural Academy. 2018. № 1 (25). Pp. 76-79.
9 Popov I.P., Chumakov V.G., Levitskiy V.Yu., RodionovS.S., Chumakova L.Ya., Rodionova S.I. Determination of the influence of phase shift oscillations of sieve boots on the vibrocharacteristics of a sieve machine // Methods of mechanics in solving engineering problems: materials of the l-st All-Russian Scientific and Practical Conference (October 12, 2017). Kurgan: Publishing house of Kurgan State Agricultural Academy, 2017. Pp. 58-60.
10 Popov I.P., Levitskiy V.Yu., Chumakova L.Ya., Nizavitin S.S., Mikhailov V.V. Assessment of economic efficiency from the introduction of a mechanism with a constant equivalent moment of inertia for the grain cleaning machine OZS-50 // Ways to implement the Federal Scientific and Technical Program for the Development of Agriculture for 2017-2025: materials of the international scientific-practical conference (April 19-20, 2018). Kurgan: Publishing house of Kurgan State Agricultural Academy, 2018. Pp. 1076-1080.
11 Fominykh AV, Fomina S.V., Mekshun Yu.N. Sieve boot with variable amplitude // Rural mechanicizer. 2005. № 8. P 28.
