Способ визуализации решения кинематических задач для плоских рычажных механизмов сельскохозяйственных машин с помощью матриц однородного преобразования координат

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

Введение. Разработка математической модели любого плоского рычажного механизма непосредственно связана с проведением его кинематического анализа. Результаты такого анализа можно представить в виде массива числовых данных или в виде различных графических зависимостей. Но даже этих параметров часто бывает недостаточно, для оперативной оценки правильности полученного решения 1-ой задачи кинематического анализа, и тем более проверки 2-ой и 3-ей задачи.

Традиционно оценка адекватности полученных результатов кинематического анализа для математической модели плоского рычажного механизма проводится графическими методами для нескольких произвольных положений входного звена. Сопоставляя полученные графические данные из планов положений, скоростей и ускорений с их расчетными значениями, делается вывод об адекватности разработанной математической модели. Однако, такой способ является достаточно трудоемким и обладает относительно невысокой точностью, даже с учетом возможности применения различных графических пакетов [1].

На сегодняшний день подавляющее большинство математических моделей плоских рычажных механизмов разрабатывается при помощи современных математических пакетов или языков программирования. Данные компьютерные средства имеют достаточно широкий набор инструментов для визуализации графической информации, однако их потенциал применяется далеко не всегда. Потому разработка универсального способа визуализации результатов кинематического анализа для плоских рычажных механизмов является достаточно актуальной научно-практической задачей, решение которой позволит существенно ускорить разработку и отладку соответствующих математических моделей.

Цель исследования. Предложить универсальный способ визуализации решения кинематических задач для плоских рычажных механизмов с помощью матриц однородного преобразования координат и его реализацию в математическом пакете PTC.MathCAD.

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

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.

Лабораторная работа №5. Разработка математической модели механизма уравновешивания адаптера

Авторы: Котов А.В.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. сформировать математическую модель механизма уравновешивания адаптера с помощью предложенного векторного метода исследования, включающую геометрический, кинематический и силовой анализ; 2. провести визуализацию механизма уравновешивания с адаптером; 3. обеспечить с помощью метода мгновенных мощностей уравновешивание адаптера; 4. провести расчет основных характеристик уравновешивающей пружины растяжения.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Основное назначение механизма уравновешивания состоит в обеспечении процесса копирования рельефа поля адаптером, как в продольном, так и в поперечном направлениях, а также поддержания максимально возможного постоянства давления на почву опорных башмаков адаптера в рекомендуемых пределах.

Данные типы механизмов по способу уравновешивания массы адаптера можно условно разделить на три основные группы: рычажно-пружинные, гидравлические и смешанные. Наибольшее распространение в отечественной практике сельскохозяйственного машиностроения получили рычажно-пружинные типы механизмов уравновешивания адаптеров. В данных механизмах копирование рельефа поля адаптером и регулировка давления его опорных башмаков на почву обеспечивается соответствующей настройкой уравновешивающих пружин совместно с регулировкой звеньев рычажного механизма. В результате настройки происходит частичное снятие нагрузки с опорных башмаков адаптера и переноса ее на уравновешивающие пружины механизма.