Моделирование и анализ силовой нагруженности механизма агрегатирования самоходной уборочной косилки для режима копирования рельефа поля

Авторы: Котов А.В., Кроль Д.Г., к.ф.-м.н., доцент

Введение. Для обеспечения максимальной загрузки современных высокопроизводительных уборочных комбайнов наблюдается тенденция к активному внедрению в технологический процесс самоходных уборочных косилок, оснащенных широкозахватными адаптерами. Конструкция механизма агрегатирования такой косилки за счет соответствующей регулировки или незначительной доработки предусматривает возможность обеспечения агрегатирования с адаптерами различных производителей. Однако, учитывая, что навешиваемые адаптеры могут существенно отличаться как массой, так и положением центра тяжести, то на практике оценка возможности такого агрегатирования предварительно проводится на соответствующих математических моделях. Такой подход позволяет для критически важных режимов работы не только проанализировать кинематическую схему работы механизма, но и оценить силовую нагруженность наиболее ответственных элементов конструкции (таких как силовые гидроцилиндры) без проведения соответствующих натурных испытаний.

Цель исследования. Моделирование и анализ силовой нагруженности гидроцилиндра угла атаки и гидроцилиндра подъема адаптера механизма агрегатирования самоходной уборочной косилки для режима копирования рельефа поля с учетом влияния коэффициента сопротивления перемещению башмака по опорной поверхности.

Постановка задачи. В качестве объекта исследования принят механизм агрегатирования косилки самоходной универсальной KSU-1 производства ООО «Комбайновый завод «Ростсельмаш»», кинематическая схема которого приведена на рис. 1.

Механизм агрегатирования представляет собой единую рычажную систему, объединяющую механизм навески и механизм уравновешивания. Данная конструкция обеспечивает работу с навешиваемым адаптером на различных режимах работы, включая режим копирования рельефа поля. В практике сельскохозяйственного машиностроения моделирование и анализ силовой нагруженности механизма агрегатирования на данном режиме проводят без учета коэффициента сопротивления перемещению башмака по опорной поверхности, что требует проведения дополнительного исследования в правильности использования такого подхода.

Исследование эксплуатационных характеристик механизма агрегатирования самоходной уборочной косилки методом математического моделирования

Авторы: Котов А.В., Кроль Д.Г., к.ф.-м.н., доцент

Введение. Устойчивое развитие животноводства напрямую зависит от создания прочной кормовой базы, основанной на значительных объемах высококачественных кормов, для заготовки которых требуются современные кормоуборочные машины и передовые технологии [1]. На сегодняшний день, при постоянном росте мощности и производительности кормоуборочных комбайнов становится все сложнее обеспечить их полную загрузку и эффективную работу имеющимися адаптерами, особенно на полях с невысокой урожайностью. В связи с этим одним из перспективных направлений решения данной проблемы является применение самоходных уборочных косилок с широкозахватными адаптерами [2]. Это позволяет не только обеспечить максимальную загрузку кормоуборочных комбайнов, но и наилучшим образом учесть биологические особенности убираемых культур, так как сушка в валках позволяет быстрее удалить из травы влагу, тем самым сохранив все ее питательные вещества [3].

Особенностью современных самоходных уборочных косилок является конструкция механизма агрегатирования [4, 5], которая при условии проведения соответствующей настройки и регулировки способна обеспечить работу с широким шлейфом навесных адаптеров. Доводка механизма агрегатирования в полевых условиях является трудоемкой и поэтому на практике заранее отрабатывается на соответствующих математических моделях [6 - 8]. Такой подход позволяет не только проанализировать кинематическую схему работы механизма агрегатирования с имеющимися адаптерами, но и провести исследования о возможности расширения эксплуатационных характеристик механизма с адаптерами других производителей.

Основная часть. Известные на сегодняшний день конструкции механизмов агрегатирования самоходных уборочных косилок, несмотря на выполнение ими одних и тех же функций, могут существенно отличаться своими кинематическими схемами. В данной работе в качестве объекта исследования был выбран механизм агрегатирования косилки самоходной универсальной KSU-1 производства ООО «Комбайновый завод «Ростсельмаш»», общий вид которого приведен на рис. 1.

Исследование влияния коэффициента сопротивления перемещению башмака на характеристику копирования рельефа поля

Авторы: Котов А.В., Кроль Д.Г., к.ф.-м.н., доцент

Введение. Одним из условий качественного выполнения технологического процесса заготовки кормов являет обеспечение и поддержание нагрузки на опорных башмаках навешиваемого адаптера в заданных пределах. Наиболее информативной характеристикой процесса копирования рельефа поля считается изменение величины нагрузки на опорных башмаках адаптера в заданном диапазоне копирования. Причем в практике сельскохозяйственного машиностроения встречаются два похода к получению данной характеристики – с учетом и без учета коэффициента сопротивления перемещения башмака по опорной поверхности. Как правило, силой сопротивления перемещения пренебрегают в виду своей относительной малости [1], что в свою очередь требует проведения дополнительного исследования в правильности использования данного подхода.

Основная часть. В качестве объекта исследования взят механизм уравновешивания косилки самоходной универсальной KSU-1 с жаткой-хедер транспортерной ЖХТ-9 производства ООО «Комбайновый завод «Ростсельмаш»», кинематическая схема которого приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Кинематическая схема механизма уравновешивания

Векторный анализ пространственных рычажных механизмов

Авторы: Котов А.В., Чупрынин Ю.В.

Представлен метод векторного анализа пространственных рычажных механизмов на примере механизма качающейся шайбы привода режущего аппарата. Для данного механизма приведено аналитическое описание его кинематики в векторах, а также проведен анализ его кинематического режима работы. Использование предлагаемого метода в современных математических пакетах позволяет в короткие сроки и с высоким качеством создавать оптимальные и конкурентоспособные системы пространственных рычажных механизмов для сельскохозяйственных агрегатов.

Введение

Среди систем рычажных механизмов современных сельскохозяйственных агрегатов особое место занимают пространственные рычажные механизмы. Известными примерами пространственных рычажных механизмов являются: механизмы поворота рулевой трапеции, механизмы подъема-опускания и позиционирования рабочих органов, механизмы уравновешивания и многие другие с самым разнообразным функциональным назначением.

Если сегодня на этапе предварительного проектирования конструирование пространственных рычажных механизмов осуществляется в специализированных CAD-системах в режиме построения наглядного изображения на экране, то выбор оптимальных геометрических параметров кинематической схемы пространственных рычажных механизмов и анализ ее работы представляет собой весьма сложную задачу.

Известные аналитические методы описания кинематики рычажных механизмов в подавляющем большинстве ориентированы на плоские расчетные схемы и не отличаются наглядностью, а также не поддаются формализации и алгоритмизации в современных математических пакетах и языках программирования. Отсутствие на сегодняшний день полно-ценного и доступного метода аналитического описания кинематики пространственных рычажных механизмов приводит к тому, что исследуемые пространственные системы с рядом допущений сводятся к плоским расчетным схемам, что при определенных условиях может существенно повлиять на точность конечных результатов.

Применение векторного анализа при проектировании рычажных механизмов

Авторы: Котов А.В., Чупрынин Ю.В.

В конструкции современных сельскохозяйственных агрегатов значительное место занимают системы рычажных механизмов. Это механизмы включения-выключения приводов, механизмы подъема-опускания и позиционирования рабочих органов, механизмы уравновешивания и многие другие с самым разнообразным функциональным назначением.

В последнее время в связи с интенсификацией развития и широким применением средств вычислительной техники все чаще проектирование рычажных механизмов осуществляется в специализированных пакетах прикладных программ с элементами твердотельного моделирования в режиме построения наглядного изображения проектируемой системы на экране.

Но вместе с тем, методам аналитического исследования рычажных механизмов в настоящее время также уделяется большое внимание. Аналитическое исследование позволяет глубже понимать суть процесса функционирования системы и более целенаправленно находить требуемое решение поставленной технической задачи. Кроме того, широкое развитие вычислительной техники позволило вывести аналитические способы исследования на новый уровень. Мощные современные процессоры позволяют быстро находить решение аналитических уравнений численными методами с высокой заданной точностью.

В данной работе представлен векторный метод исследования рычажных механизмов для аналитического описания кинематики рычажных систем, основанного на векторном анализе и векторном преобразовании координат, который уже более 10 лет успешно применяется в РКУП «ГСКБ по зерноуборочной и кормоуборочной технике» ПО «Гомсельмаш» при проектировании рычажных механизмов сельскохозяйственных агрегатов. Этот метод отличается простотой и наглядностью, легко поддается формализации и алгоритмизации в любых современных математических пакетах и языках программирования.

Формирование функциональной математической модели механизма навески с переменными параметрами для энергосредства

Авторы: Котов А.В.

Научный руководитель: Попов В.Б., к.т.н., доцент

В магистерской работе излагается причина применения подъемно-навесного устройства с переменными параметрами при некоторых режимах работы мобильного сельскохозяйственного агрегата. Предлагаются конструктивные решения и соответствующие им математические модели, обеспечивающие качественную работу мобильного сельскохозяйственного агрегата.

В настоящее время в сельскохозяйственном машиностроении РБ наблюдается тенденция к максимальной загрузке энергоносителей, и в частности универсальных энергетических средств, в рабочих режимах. Но создаваемые в РКУП «ГСКБ по зерноуборочной и кормоуборочной техники» новые энергонасыщенные адаптеры (ППК-6, КПК-4500, КСН-2-6, КСН-6-2М), агрегатируемые с универсальным энергетическим средством, характеризуются существенно неравномерной нагрузкой на колесах в рабочем режиме.

Затраты энергии на перемещение и остановку энергосредства с адаптером в значительной степени зависят от сцепных качеств, характеризующихся сцепными способностями поверхностей движителей сцепляться с дорогой или почвой. На эти свойства в значительной степени влияет сцепной вес, приходящийся на ведущие колеса энергосредства. При недостаточном сцепном весе возможны: буксование, вызывающее износ шин, ухудшение управляемости, не экономичная и не качественная работа адаптера. Если этот вес избыточный, то ухудшается работа энергосредства, повышается сопротивление перекатыванию и расходуется дополнительная энергия.

Существующие конструкции механизмов навески и прицепных устройств на энергосредствах, подсоединяющие адаптеры, повышают на ведущих колесах силой тяги сцепной вес, улучшающий выполнение качественной и безопасной работы адаптеров, но не во всех режимах. Для восполнения этого недостатка ведущие колеса нагружают балластом, создающим постоянный большой сцепной вес. С применением балласта уменьшается буксование ведущих колес, что снижает дробление и распыление почвы. Однако при этом повышается расход энергии на перемещение балласта по полю и почва дополнительно уплотняется (укатывается).

Поэтому для эффективной работы энергосредства (без использования балласта) с адаптером необходимо при движении производить перераспределение вертикальных нагрузок на колесах адаптера, путем переноса части его веса на ведущие колеса энергосредства.

Исследование влияния дополнительного гидроцилиндра и гидропневмоаккумулятора в подъемно-навесном устройстве УЭС-2-250А

Авторы: Котов А.В.

Научный руководитель: Попов В.Б., к.т.н., доцент

Создаваемые в настоящее время в РКУП «ГСКБ по зерноуборочной и кормоуборочной технике» адаптеры характеризуются повышенной массой и увеличенной базой, что создает на опорных колесах адаптера высокие нагрузки, отрицательно влияющие на качество копирования рельефа поля. Так свеклоуборочный комбайн КСН 6-2М имеет массу 3000 кг, базу 3695 мм и неудовлетворительную развесовку по опорным колесам в процессе работы. Выходом из данной ситуации может быть внедрение в механизм навески верхней тяги УЭС гидроцилиндра, связанного с гидропневмоаккумулятором. Схема агрегатирования механизма навески УЭС-2-250А, включающей в центральной тяге гидроцилиндр и гидропневмоаккумулятор, с КСН 6-2М приведен на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема механизма навески УЭС-2-250А при агрегатирования с КСН 6-2М

Функциональная математическая модель режущего аппарата уборочных машин

Авторы: Котов А.В.

Научный руководитель: Попов В.Б., к.т.н., доцент

Модернизацию и создание новых режущих аппаратов уборочных машин в условиях конкуренции приходится выполнять ускоренными темпами. Оценка качества новых узлов и агрегатов уборочных машин возможна только по результатам полевых испытаний, ограниченных агротехническими сроками уборки. Внедрение в процесс проектирования сельскохозяйственных машин новых информационных технологий предполагает замену большей части натурных испытаний вычислительным экспериментом, который выполняется на математической модели, адекватно описывающей процесс функционирования с/х объекта.

В предлагаемой вниманию работе анализируются несколько вариантов режущих аппаратов уборочных машин. Динамическая схема режущего аппарата и соответствующая ей функциональная математическая модель разработаны на основе метода сосредоточенных масс. Для получения кинематических передаточных функций первого и второго порядка механизмов привода режущего аппарата был использован метод замкнутого векторного контура.

Каждый из вариантов режущего аппарата анализировался на соответствие следующим техническим требованиям:

– привод режущего аппарата должен стабилизировать скорость ножа на участках резания для равномерной нагруженности режущих пар, при этом величина скорости резания ограничивается;

– сила инерции ножа режущего аппарата должна быть направлена вдоль линии его перемещения, при этом действующие в звеньях инерционные нагрузки ограничиваются;

– режущий аппарат должен быть компактен и прост по конструкции.

Анализ возможности агрегатирования мобильных энергосредств с адаптерами

Авторы: Брандюков А.А., Котов А.В.

Научный руководитель: Попов В.Б., к.т.н., доцент

К мобильным с/х энергосредствам относятся – трактора, например, ЛТЗ-155, ХТЗ-121, самоходный измельчитель КСК-100, универсальное энергетическое средство УЭС-250. Адаптером в узком смысле слова называют подборщик, жатка, а в широком смысле слова - уборочную машину, навешиваемую на мобильное энергосредство.

Парк с/х машин в РБ отличается разнообразием, а тракторы МТЗ, универсальные энергетические средства УЭС-250, УЭС-2-250А, кормоуборочные комбайны «Полесье-3000», жатки и подборщики в составе кормоуборочного комбайна КСК-100А1 экспортируются в ближнее зарубежье. Поэтому часто возникает проблема агрегатирования потребителем с/х техники энергосредств и адаптеров от разных производителей. Подход к решению этой проблемы рассмотрен в статье и выполнен на базе анализа возможности агрегатирования адаптеров и универсального энергетического средства (УЭС-250). Взаимное соответствие параметров агрегатируемых машин следует анализировать в рабочем и транспортном режимах, а также при переводе из рабочего в транспортное положение.

В энергетическом аспекте работа кормоуборочного комбайна, состоящего из жатки и самоходного измельчителя, характеризуется постоянным изменением мощности, потребляемой рабочими органами комбайна и ходовой частью измельчителя. Согласование энергетических и кинематических характеристик рабочих органов самоходного измельчителя и адаптера положительно влияет на устойчивость технологического процесса, другие выходные параметры, а, следовательно, и на эффективность работы кормоуборочного комбайна в целом.

Анализ работы различных адаптеров показывает, что технологические процессы каждого из них оптимизируются по различным критериям. Поэтому возникает задача согласования пропускной способности и скорости движения потока растительной массы, подаваемой адаптером, с пропускной способностью и со скоростью захвата массы вальцами. Это можно представить в следующем виде:

Методика обоснования производительности подборщика кормоуборочного комбайна

Авторы: Котов А.В.

Научный руководитель: Примак В.Н., к.т.н., доцент

В настоящее время в РБ скашивание трав на сенаж и сено производиться косилками плющилками КПП-4.2 и КПР-6. С разработкой новых кормоуборочных комбайнов «Полесье-800» и «Полесье-4500» эти косилки не обеспечивают загрузку питающих аппаратов новых комбайнов. Для их загрузки необходимо захватывать два и даже три валка. С этой целью была разработана трехбрусная косилка-плющилка КПР-9. Валки, уложенные новой косилкой, обеспечивают загрузку кормоуборочного комбайна, но для их подбора требуется разработать конструкцию широкозахватного подборщика, который обеспечивал подбор валка мощностью 6-12 кг/м. Поэтому в настоящее время является актуальным произвести анализ производительности подборщика на подборе валков различной мощности с целью определения его рациональной ширины захвата.

Как известно, пропускная способность кормоуборочного комбайна при работе на подборе и измельчении валков зависит от параметров питающего аппарата комбайна, мощности валка уложенного валковой жаткой, косилкой – плющилкой с пальцевым или ротационным режущим аппаратом. Для обеспечения работы нового комбайна без нарушения технологического процесса необходимо, чтобы производительность подборщика комбайна была меньше пропускной способности питающего аппарата комбайна. Производительность подборщика определяется как:

где gв – мощность валка, кг/м; Vмаш – скорость перемещения комбайна на подборе валков, м/c.

Теоретический анализ технологических параметров режущего аппарата жаток зерноуборочных комбайнов

Авторы: Котов А.В.

Научный руководитель: Примак В.Н., к.т.н., доцент

При разработке новой конструкции жатки для зерноуборочных комбайнов КЗР-10, КЗС-10, КЗС-7 было предложено провести сравнительный анализ технологических параметров режущих аппаратов жаток комбайнов «Дон-1500», МDW-E-527, MDW-E-524.

Данный анализ проводился в следующей последовательности:

1. Изучались конструктивные особенности режущих аппаратов и устанавливались их кинематические параметры.

2. Проводилась оценка скоростей резания стеблей [1].

Режущий аппарат зерноуборочного комбайна «Дон-1500», MDW-E-527.

Режущий аппарат нормального резания, однопробежный с перебегом ножа. Перемещение ножа соответствующее началу и концу резания:

где d - перебег ножа, мм; t0 - шаг расстановки пальцев на неподвижном ноже, мм; а - ширина нижнего основания сегмента, мм; а1 - ширина нижнего основания пальца, мм; b - ширина верхнего основания сегмента, мм; b1 - ширина верхнего основания пальца, мм.

Скорость конца и начала резанья определяется по формуле:

где S - ход ножа, мм; w - частота вращения кривошипа, рад/с.