Синтез планетарных механизмов высокотехнологичных сельскохозяйственных машин методом их идентификации с рычажными Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК: 631.3.03

СИНТЕЗ ПЛАНЕТАРНЫХ МЕХАНИЗМОВ ВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНЫХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН МЕТОДОМ ИХ ИДЕНТИФИКАЦИИ С РЫЧАЖНЫМИ

Н. И. Наумкин, доктор пед. наук, канд. техн. наук, доцент; В. Ф. Купряшкин, доцент; А. С. Князьков, аспирант

ГОУ ВПО «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева», т. 8 (8342) 25-43-86, е-таП: ЫаитЫ@уа^ех. ги

В статье рассматриваются вопросы синтеза зубчатых механизмов сельскохозяйственных машин на основе универсальной структурной системы поиска структур рычажных механизмов любой сложности профессора Л. Т. Дворникова и последующей идентификации их с зубчатыми.

Ключевые слова: заменяющий механизм, зубчатый механизм, идентификация, рычажный механизм, структура, структурная система.

Как известно, зубчатые механизмы -это один из самых распространенных видов механизмов, используемый человечеством с глубокой древности. Благодаря своей компактности, долговечности, высокому к. п. д., постоянному передаточному отношению они широко используются в автомобилях, в грузоподъемных, технологических и других машинах. В современных сельскохозяйственных машинах они находят все большее применение в качестве передач вращательного движения, бортовых редукторов, делителей потоков мощности и других случаях. Особенно перспективным видится использование эпициклических зубчатых механизмов в качестве активных рабочих органов почвообрабатывающих и зерноуборочных машин. В связи с этим исследования, направленные на отыскание новых методов синтеза таких механизмов, являются весьма актуальными.

В существующей практике проектирования конструкций эпициклических (планетарных) зубчатых механизмов используется устоявшаяся методика их синтеза, заключающаяся в подборе количества зубьев зубчатых колес исходя из условий соосности, соседства и сборки для конкретной структурной схемы, по заданному передаточному отношению [1]. Однако при этом задача выбора самой структурной схемы механизма решается на основе перебора существующих схем или случайного «озарения» разработчика. В предлагаемом материале рассматриваются вопросы адаптации методики Л. Т. Дворникова и А. Э. Са-диевой [1, 2] идентификации плоских рычажных механизмов любой сложности с зубчатыми при кинематическом и структурном синтезе планетарных зубчатых механизмов, используемых в сельскохозяйственных машинах.

В 1993 году [2] профессором Л. Т. Дворниковым была впервые разработана универсальная структурная система поиска структур кинематических цепей любой сложности, а в 2000 г. им был предложен метод синтеза структур зубчатых механизмов [1]. В соответствии с этим методом необходимые для синтеза соотношения между параметрами кинематических цепей имеют вид:

(1) Ж=(г-3) пт-1+.. .+(/-1) п1 +...+п3,

(2)п1=(г-\)+N,

(3)п2 =п-1-пт-1 -...-п/-----п3 -п1,

(4) р^ =п,

(5) Р4 =п-1,

(6)у=п,

(7) а=п-8,

(8) 8=2.. п.

(1)

где N - целое положительное число, включая 0; т - количество кинематических пар наиболее сложного - базисного звена цепи; п/ - число звеньев, добавляющих в цепь по / кинематических пар; р45 - количество кинематических пар соответственно 4-го и 5-го классов; Y - число ветвей кинематической цепи; а - число замкнутых контуров; 5 - число открытых кинематических пар.

Представленная система (1), при конкретных независимых параметрах степени подвижности W и т, позволяет находить числа звеньев п, количества кинематических пар 5-го и 4-го классов, а также ^ а, 5 - параметры, по которым можно синтезировать структурные схемы кинематических цепей в рычажном и зубчатом вариантах. Эти цепи будут отличаться друг от друга числом ветвей ^ количеством выходов 5, числом изменяемых замкнутых контуров а и числом сторон А. Предлагаемый метод

Нива Поволжья № 4 (17) ноябрь 2010 45

синтеза кинематических цепей позволяет, в отличие от известных, находить все без исключения возможные цепи по заданным параметрам без пропусков и повторений. Авторы [1] предлагают для их систематизации оформлять результаты синтеза в виде таблицы. Для иллюстрации сказанного приведем один из примеров механизмов с параметрами т = 4, п3 = 1, п1 = 4, р4 = 6, р5 = 5, представленных в работе А. Э. Са-диевой [1] (рис. 1), в рычажном (рис. 1а) и зубчатом (рис. 1б) исполнении.

/////

77777 77777

77777

2(т = 3)

1(щ)

7/777

б)

////У

3(п{)

1(Щ)

2(т = 3)

Г"

Ч

т1

2(т = 3)

•1(п0

б)

■т.

/

3(п2)

1

4(п2)

Рис. 1. Примеры механизмов в рычажном и зубчатом вариантах с т = 3

Таким образом, система профессора Л. Т. Дворникова позволяет синтезировать все возможные кинематические цепи любой сложности, а возможность их изображения в зубчатом варианте, соответственно, обеспечивает отыскание всех вариантов зубчатых механизмов, тем самым вооружая конструкторов важным аппаратом проектирования новых зубчатых механизмов. Для решения этой задачи А. Э. Садиева [1] разрабатывает метод идентификации стержневых механизмов с зубчатыми, основанный на выборе ведущих звеньев и базисного звена (т = 3) с кинематическими парами 5-го и 4-го классов. Рассмотрим пример такой идентификации рычажного механизма с редуктором Чарльза (рис. 2).

Рис. 2. Идентификация стержневого механизма с редуктором Чарльза

На наш взгляд, в описанном методе идентификации присутствует неоднозначность получения структурных схем зубчатых механизмов, т. к., во-первых, не говорится о том, с какими видами зацепления (внешние или внутренние) идентифицируются кинематические пары 4-го класса, а во-вторых, никак не отражаются метрические и кинематические параметры механизмов.

Этих замечаний можно избежать, если дополнительно использовать метод замены высших кинематических пар 4-го класса на низшие - 5-го [3, 4, 5]. Построим для рычажного механизма, изображенного на рис. 2а, заменяющий механизм (показано там же пунктирными линиями). Для полной идентификации построим также заменяющий механизм для редуктора Чарльза, для чего изобразим его в другой проекции (рис. 3а). Для сравнения заменяющие механизмы рычажного и зубчатого механизмов поместим рядом (рис. 3б и 3в).

На рис. 3б изображен точный заменяя-ющий механизм редуктора Чарльза, идентичный ему в данный момент времени как по метрическим параметрам, так и по кинематическим. Заменяющий же механизм механизма рычажного исполнения (рис. 3в)

УУ/-/-/У

совпадает с предыдущим только по количеству кинематических пар и звеньев и их конфигурации, но он не может служить мгновенным заменяющим механизмом. Для того, чтобы избежать этого разногласия, достаточно при синтезе кинематических цепей пары 4-го класса изображать в двух исполнениях: контакт двух выпуклых кривых (внешнее зацепление), контакт одной выпуклой и другой вогнутой кривых (внутреннее зацепление). Например, для рычажного механизма на рис. 2а кинематическую пару в точке А следует изобразить в виде контакта вогнутой и выпуклой кривых. Учитывая это обстоятельство, пойдем от обратного - для заменяющей зубчатый механизм кинематической цепи (рис. 4а) построим идентичный ему рычажный (рис. 4б) и сравним его с исходным (рис. 2а).

7/777

Рис. 4. Построение идентичного редуктору Чарльза рычажного механизма

Как видно из рисунков, по структуре эти схемы принципиально не отличаются, но по конфигурации звеньев и их расположению различия существенны. И в зависимости от того, какие задачи решаются, эти различия необходимо учитывать.

7777/ 77777 77777

Рис. 3. Заменяющие механизмы

Таким образом, на основании вышеизложенного можно заключить, что универсальная система профессора Л. Т. Дворникова поиска кинематических цепей любой сложности позволяет синтезировать в том числе все плоские рычажные механизмы, в состав которых входят кинематические пары 4-го и 5-го классов, подобно периодической системе Д. И. Менделеева без пропусков и повторений, а метод Дворникова -Садиевой - идентифицировать их с зубчатыми механизмами. Для проверки точности идентификации можно строить мгновенные заменяющие механизмы, позволяющие решать не только задачи структуры, но и кинематики механизмов. Такой подход позволит конструкторам проектировать и создавать новые необходимые и оптимальные конструкции зубчатых механизмов.

Литература

1. Садиева, А. Э. Разработка методов структурного синтеза сложных зубчатых механизмов: автореф. дис. ... д-ра техн. наук / А. Э. Садиева. - Бишкек, 2010. - 31 с.

2. Примеры использования универсальной структурной системы Л. Т. Дворникова для анализа плоских механизмов / Н. И. На-умкин, С. В. Буянкина, В. А. Трякин [и др.] // Технические и естественные науки: проблемы, теория, практика: межвуз. сб. науч. тр. - Саранск: СВМО, 2000. - С. 40-42.

3. Наумкин, Н. И. Особенности замены кинематических пар !У-го класса в точках сопряжения и перегиба в механизмах сельскохозяйственной техники / Н. И. Наумкин, Д. А. Панин // Повышение эффективности функционирования механических и энергетических систем: сб. мат-лов Междунар. науч.-техн. конф. - Саранск: Тип. «Красн. Окт.», 2004. - С. 231-235.

3

Нива Поволжья № 4 (17) ноябрь 2010 47

4. Наумкин, Н. И. Сборник задач по тео- 5. Наумкин, Н. И. Синтез механизмов с

рии механизмов и машин / Н. И. Наумкин. - высшими кинематическими парами / Н. И. На-Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2008. - 296 с. умкин, М. Н. Чаткин. - Саранск: Изд-во

Мордов. ун-та, 2001. - 71 с.

УДК 631.363

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ МОДЕРНИЗИРОВАННОГО ЭКСТРУДЕРА КМЗ-2,0У

В. В. Новиков, канд. техн. наук, профессор ФГОУ ВПО «Самарская ГСХА», [email protected]; В. В. Коновалов, доктор техн. наук, профессор ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА», [email protected]; Л. В. Иноземцева, канд. техн. наук, доцент ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ»;

Д. В. Беляев, инженер ФГОУ ВПО «Самарская ГСХА»

Дано описание модернизированного экструдера КМЗ-2,0У. Экспериментально выявлено влияние подачи экструдера и давления материала на создаваемую температуру, а также мощности привода, производительности и энергоемкости экструзии в зависимости от площади отверстия фильеры, обоснована рациональная площадь отверстия фильеры. Даны результаты сравнительных исследований базового и модернизированного экструдера.

Ключевые слова: модернизированный экструдер КМЗ-2,0У; площадь фильеры, температура и давление экструзии, энергоемкость, питательность корма.

Для повышения питательной ценности зерна (улучшения качества белка, разрушения крахмала до легкоусвояемых форм, обезвреживания вредных веществ) его поджаривают, варят, обрабатывают паром, флокируют, экструдируют и т. д. [1, 2]. В связи с этим прогрессивными технологическими процессами в комбикормовом производстве является экструзия комбикормов и их компонентов, обеспечивающее высокую сохранность кормов и повышенную продуктивность животных [3].

Конструктивно-технологическая схема модернизированного экструдера КМЗ-2У представлена на рис. 1. Конструкция экструдера включает шнековый дозатор 14 и пресс, состоящий из корпуса 11, вала 2 и секций шнека 7. Между секциями шнека 7 установлены изнашиваемые кольца 9 с греющими шайбами 10. На выходе из пресса расположена коническая головка 6 и ее кожух 5. Выход закрывает матрица, снаружи которой размещен регулировочный диск 4 с рукояткой. Внутри матрицы и регулировочного диска имеются бобообразные или кольцевые отверстия (фильеры).

Работает экструдер следующим образом. При подаче шнеком дозатора 14 зерна пленчатых культур, оно (зерно) по загруз-

ному каналу 13 поступает в приемную камеру питателя пресса. Ранее имевшийся шнек приемной камеры удален, вместо него расположен пружинный безвальный шнек 1, а в конце камеры установлен направляющий конус 12. Увеличение высоты канала приемной камеры позволяет повысить количество засыпаемого в нее корма, что увеличивает производительность питателя и, соответственно, пресса. Учитывая низкую плотность вороха и угрозу сводооб-разования в малых пространствах, например, у нешелушеного овса, это положительно скажется на производительности пресса-экструдера и снижении энергоемкости получения экструдата.

Корм захватывается шнеком 1 и подается к конусу 12. Наличие конических направляющих у канала позволяет облегчить проход материала сквозь окно между изнашиваемыми кольцами и греющими шайбами. В случае избытка поступаемого материала безвальный шнек 1 сжимается, уменьшая шаг. Это увеличивает осевое давление, способствуя нагреву корма. В результате снижается вязкость массы, улучшая проход материала в зону прессования. В зоне прессования материал сжимается до необходимого давления, повы-