Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,021

СИЛОВОЙ АНАЛИЗ МЕХАНИЗМА УПРАВЛЕНИЯ МАРКЕРОМ ЗЕРНОВОЙ СЕЯЛКИ СУБМ-3,6

Купряшкин В.Ф. 1 Шляпников М.Г. 1 Безруков А.В. 1 Князьков А.С. 1 Купряшкин В.В. 1 Осипов В.Ю. 1
1 ФГБОУ ВО «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва»
В данной статье рассматривается теоретический анализ силового нагружения механизма управления маркером зерновой сеялки СУБМ-3,6. В ходе исследования авторами на основе использования опытно-конструкторских данных произведен силовой анализ для различных положений двух вариантов конструкций механизма маркера. На основе известных методов кинетостатики, путем использования графоаналитических способов, были определены числовые значения сил, возникающих в подвижных звеньях – шарнирах механизма маркера при его различных рабочих положениях. Исходя из полученных результатов силового анализа следует, что в кинематических парах механизмов обоих вариантов конструкций возникают значительные силы в верхнем шарнире крепления гидроцилиндра. При этом выявленные значения сил могут отрицательно сказываться на режимах работы маркера и приводить к повышенному износу в шарнирах, а в отдельных случаях – к их поломке. Кроме этого, из сравнительного анализа рассмотренных вариантов конструкций механизма маркера и результатов их силового анализа следует, что первый вариант конструкции предпочтительнее второго. Кроме этого, из результатов проведенного исследования следует, что при проектировании новых и совершенствовании существующих отдельных узлов и механизмов сельскохозяйственных машин и, в частности, механизма маркера зерновой сеялки, необходимо учитывать не только их конкретные конструкции, но и их вариацию и различные условия функционирования.
зерновая сеялка
маркер
подвижные звенья
силовой анализ
1. Иншаков А.П., Карпов А.М., Кувшинов А.Н. Технологические и технические аспекты эффективности использования машинно-тракторного парка в сельскохозяйственном производстве. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2012. 156 с.
2. Карпов А.М., Пронин В.Ю., Славкин В.И. Практикум по эксплуатации машинно-тракторного парка. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2017. 272 с.
3. Капустии В.П., Глазков Ю.Е. Сельскохозяйственные машины. М.: ИНФРА-М, 2018. 280 с.
4. Валиев А.Р., Зиганшин Б.Г., Семушкин Н.И., Яхин С.М. Машины для предпосевной подготовки почвы и посева сельскохозяйственных культур: регулировка, настройка и эксплуатация. Казань: Издательство Казанского ГАУ, 2013. 156 с.
5. Сеялка универсальная блочно-модульная СУБМ-3,6. Каталог запчастей. [Электронный ресурс]. URL: http://oaomam.ru/templates/agro/file/SUBM_3-6.pdf (дата обращения: 03.12.2019).
6. Наумкин Н.И., Купряшкин В.Ф., Раков Н.В. Теория механизмов и машин в агропромышленном комплексе. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2018. 252 с.
7. Купряшкин В.Ф., Наумкин Н.И., Фирстов А.Ф., Уланов А.С. Повышение эффективности функционирования универсальной зерновой сеялки СЗУ-6 // Современные наукоемкие технологии. 2013. № 8–2. С. 206–211.

Одним из критериев эффективного функционирования машинотракторных (МТА) агрегатов является обеспечение его работоспособного состояния. При этом работоспособность МТА в целом будет определяться работоспособностью его отдельных узлов и деталей [1, 2].

Эксплуатация сеялок СУБМ-3,6 в полевых условиях подтвердила в основном их высокую производительность, экономичность и оптимальность высева, повышение урожайности зерновых. Однако наряду с положительными результатами их использования были выявлены и ряд недостатков в конструкции сеялки. В частности, в механизме управления маркерами, предназначенными, для разметки ряда, по следам которого ориентируется оператор энергетического средства посевного МТА [3, 4], наблюдался повышенный износ шарниров крепления гидроцилиндров, а в отдельных – заклинивание шарниров гидроцилиндра c последующим выхода разрушением сварных соединений крепления его осей. Все это приводило к нарушению работоспособности не только механизма маркера, но и в целом всего посевного МТА.

В связи с этим появилась необходимость проверки усилий, возникающих в звеньях механизма маркера и его кинематических парах.

Цель исследования: анализ усилий, возникающих в звеньях механизма маркера зерновой сеялки СУБМ-3,6.

Материалы и методы исследования

Кинематическая схема маркера сеялки СУБМ-3,6 изображена на рис. 1, она включает гидроцилиндр 1 со штоком 2, которые служат для проведения в движение штанги 3 [5].

kuprjh1.tif

Рис. 1. Схема работы маркера (1-й вариант конструкции)

kuprjh2.tif

Рис. 2. Схема работы маркера (2-й вариант конструкции)

Искомые параметры определили известными методами кинетостатики путем использования графоаналитических способов [6]. Расчет проведен для двух вариантов схем, изображенных на рис. 1 и 2. Для первой из них выполним исследования для четырех положений механизма, а для второй для трех. В качестве внешних сил выступают силы: F = 0,500 кH и G = 0,15 кH [7].

Ведущим звеном данного механизма является цилиндр ВD. Осуществим расчленение ведомой кинематической цепи механизма на группы Ассура и проведем силовой расчет каждой группы Ассура. От механизма может быть отделена только одна группа Ассура 2 и 3, которая относится ко второму классу второго вида.

Составим уравнения равновесия группы, состоящей из звеньев 2 и 3. Первое уравнение примет вид

R03 + F + G + FС + R12 = 0. (1)

В этом уравнении содержится три неизвестных: R03, FC, R12. Для того чтобы решить, разложим реакцию R03, направленную перпендикулярно линии АК, и kuprjhk01.wmf, направленную параллельно линии АК. Теперь геометрическая сумма сил, приложенных к группе, рис. 3, определится выражением

kuprjhk02.wmf (2)

kuprjh3.tif

Рис. 3. Схема силового нагружения 2–3 звеньев (1-й вариант конструкции)

kuprjh4.tif

Рис. 4. План сил 2–3 звеньев (1-й вариант конструкции)

Для определения величины силы kuprjhk03.wmf, рассмотрим равновесие звена 3. Составим уравнение суммы моментов сил относительно точки С, приложенных к звену 3, тем самым исключим из него момент неизвестной реакции

kuprjhk04.wmf (3)

Уравнение (3) в развернутом виде примет вид

kuprjhk05.wmf (4)

где h3 = 0,5 м. Откуда

kuprjhk06.wmf

kuprjhk07.wmf кН.

Найдем значение силы R12 из управления равновесия звена 2.

kuprjhk08.wmf (5)

Проанализировав рис. 3, можно сделать вывод о том, что плечо силы FС отсутствует, а так как кроме этой силы больше никаких сил не приложено к звену DC, то R12 = 0 [6].

Строим план сил группы рис. 4 по равенству (2) в масштабе µF = 0,05 кH/мм.

Отложим от точки а силу

kuprjhk09.wmf мм.

От точки b в виде отрезка откладываем силу тяжести G в виде отрезка kuprjhk10.wmf мм, затем от точки с откладываем силу F в виде отрезка kuprjhk11.wmf мм.

Через точку а проведем линию перпендикулярно отрезку (ab) – это будет линия, действие силы kuprjhk12.wmf, а через точку d – прямую параллельную ВС. Она будет линией действия силы сопротивления FС. Находим точку пересечения с этих двух прямых.

Определим числовое значение этих сил:

kuprjhk13.wmf кН;

kuprjhk14.wmf кН;

kuprjhk15.wmf кН.

Для определения реакции в шарнире составим векторное уравнение равновесия для звена 3:

R03 + G + F + R23 = 0. (6)

Из рис. 5, а, видно, что числовое значение R23 будет равно FС, т.е.

FС + R01 = 0. (7)

Из этого выражения следует, что FС = – R01, т.е. численно эти силы равны, а их направления противоположны (рис. 5, б).

kuprjh5.tif

Рис. 5. Схема силового расчета ведущего звена (1-й вариант конструкции): а) схема нагружения звена; б) план сил

Результаты исследования и их обсуждение

Результаты, полученные при вычислении реакций в опорах и силы сопротивления в разных положениях для первого варианта конструкции маркера, рис. 1, сведены в табл. 1.

Таблица 1

Числовые значения сил

№ положения

R01, кН

FС, кН

R23, кН

R03, кН

0

9,45

9,45

9,45

9,50

1

19,70

19,70

19,70

19,75

2

15,25

15,25

15,25

15,30

3

27,60

27,60

27,60

27,65

Аналогичные расчеты проведем и для второго варианта конструкции маркера (рис. 2), т.е. найдем величины сил в опорах и силу сопротивления, но только в трех положениях, результаты сведем в табл. 2. При этом необходимые расчетные схемы силового расчета на примере 0-го положения маркера представлены на рис. 6–8.

kuprjh6.tif

Рис. 6. Схема силового нагружения 2–3 звеньев (2-й вариант конструкции)

kuprjh7.tif

Рис. 7. План сил 2–3 звеньев (2-й вариант конструкции)

Таблица 2

Числовые значения сил

№ положения

R01, кН

FС, кН

R23, кН

R03, кН

0

31,20

31,20

31,20

31,35

1

6,60

6,60

6,60

6,65

2

4,80

4,80

4,80

4,83

3

10,65

10,65

10,65

10,85

kuprjh8.tif

Рис. 8. Схема силового расчета ведущего звена (2-й вариант конструкции): а) схема нагружения звена; б) план сил

kuprjh9.wmf

Рис. 9. График зависимостей сил в шарнире С крепления гидроцилиндра от положения маркера

По данным табл. 1 и 2 построим графики изменения силы FC в зависимости от положения маркера (рис. 9).

Из рис. 9 следует, что в кинематических парах механизмов обеих схем возникают значительные силы в шарнире C крепления гидроцилиндра. При этом максимальные значения силы составляют: для 1-го варианта крепления – 27,6 кН, а 2-го варианта – 31,2 кН.

Выводы

Исходя из расчетов, результаты которых приведены в табл. 1 и 2, и анализа графиков рис. 8 следует, что в кинематических парах механизмов обеих схем возникают значительные силы в верхнем шарнире (т. C) крепления гидроцилиндра. При этом максимальные значения силы составляют: для 1-го варианта крепления – 27,6 кН, а 2-го варианта – 31,2 кН. Все это может отрицательно сказываться на режимах работы маркера и приводить к повышенному износу в шарнирах, а в отдельных случаях – к их поломке. Кроме этого, сравнивая рассмотренные схемы, используемые в реальных механизмах, и значения сил, возникающих в шарнирах крепления гидроцилиндра, приходим к мнению о предпочтении первой из них. Поэтому при проектировании новых и совершенствовании существующих отдельных узлов и механизмов сельскохозяйственных машин и, в частности, рассмотренных механизмов маркера зерновой сеялки, необходимо учитывать не только их конкретные конструкции, но и их вариацию и различные условия функционирования.


Библиографическая ссылка

Купряшкин В.Ф., Шляпников М.Г., Безруков А.В., Князьков А.С., Купряшкин В.В., Осипов В.Ю СИЛОВОЙ АНАЛИЗ МЕХАНИЗМА УПРАВЛЕНИЯ МАРКЕРОМ ЗЕРНОВОЙ СЕЯЛКИ СУБМ-3,6 // Современные наукоемкие технологии. – 2019. – № 12-1. – С. 73-78;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=37836 (дата обращения: 30.09.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074