WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Боровиков Роман Геннадьевич

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ЗАЩИТЫ КАРДАННОЙ ПЕРЕДАЧИ ЛЕСОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН ОТ ПЕРЕГРУЗОК

05.21.01 – Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Воронеж – 2008

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении

высшего профессионального образования

«Воронежская государственная лесотехническая академия»

Научные руководители: доктор технических наук,

профессор, Заслуженный изобретатель РФ

Карамышев В.Р.;

доктор технических наук

Быков Виктор Сергеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Посметьев Валерий Иванович;

доктор технических наук,

профессор Сушков Сергей Иванович

Ведущая организация – Центральное опытно-конструкторское бюро

лесохозяйственного машиностроения

(ЦОКБ лесхозмаш г. Пушкино Московской области)

Защита состоится 21 ноября 2008 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.034.02 при Воронежской государственной лесотехнической академии по адресу: 394087 г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8, ВГЛТА, ауд. 240.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежской государственной лесотехнической академии.

Автореферат размещен на официальном сайте академии: E-mail: vglta@vglta.vrn.ru

Автореферат разослан «17» октября 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Скрыпников А.В

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. На современном этапе научно-технического прогресса все большее значение приобретают вопросы повышения долговечности лесохозяйственных машин. Машины, работающие в лесном хозяйстве, должны обладать высокой надежностью, безопасностью, иметь высокую производительностью, высокий коэффициент полезного действия и низкую металлоемкость.

Используемые в настоящее время лесохозяйственные машины работают в тяжелых условиях эксплуатации и часто подвержены перегрузкам, которые способствуют возникновению значительных динамических нагрузок и отрицательно сказываются на работе. К ним относятся лесохозяйственные машины с активным приводом рабочего органа, в частности, почвообрабатывающие машины с карданной передачей.

Надежность работы и производительность почвообрабатывающих лесохозяйственных машин во многом зависят от совершенства средств защиты от перегрузок. Однако предохранительные устройства, применяемые для защиты машины от перегрузок в карданной передаче, работают недостаточно надежно, т.е. не в полной мере обеспечивают надлежащую защиту рабочих органов и привода от возникающих перегрузок.

Совершенствование защитных устройств лесохозяйственных машин, встроенных непосредственно в карданный вал, ограничивается отсутствием достаточной теоретической базы по расчету их динамической нагруженности и отсутствием новых разработок, которые бы повышали качество защиты машины от перегрузок. Поэтому решение вопросов, связанных с повышением качества защиты карданных приводов от перегрузок, является актуальной задачей.

Работа выполнена в Воронежской государственной лесотехнической академии на основе госбюджетной темы «Совершенствование узлов и деталей машин и оборудования лесного комплекса» (рег. № 01.2.00105363).

Целью исследования является повышение качества защиты карданных передач лесохозяйственных машин от перегрузок за счет совершенствования предохранительного устройства.

Объект исследования – предохранительное устройство карданной передачи лесохозяйственной машины.

Предмет исследований – выявление закономерностей изменения динамических показателей предохранительного устройства в карданной передаче лесохозяйственных машин в момент срабатывания.

Методика исследований – теоретические исследования динамических нагрузок, возникающих в карданной передаче с предохранительным устройством в процессе перегрузки, которые проводились на основе методов математического моделирования при помощи ЭВМ. При проведении экспериментальных исследованиях использовались специально разработанная установка и методы тензометрирования.

Научная новизна:

1. Разработана новая конструкция предохранительного устройства, устанавливаемого на карданном валу лесохозяйственной машины, отличающаяся тем, что

полумуфта выполнена в виде ступицы с упругим элементом (патент на полезную модель РФ № 62680).

2. Получены аналитические зависимости для определения основных силовых характеристик для расчета карданного предохранительного устройства, отличающиеся учетом силовых и прочностных характеристик упругих элементов.

3. Получена аналитическая зависимость для определения максимальной динамической нагруженности карданной передачи лесохозяйственной машины, отличающаяся учетом параметров элементов привода при срабатывании предохранительного устройства.

4. Закономерности влияния параметров предохранительного устройства на динамическую нагруженность карданной передачи при перегрузках, отличающиеся возможностью определения оптимальных параметров.

Достоверность результатов. Достоверность полученных результатов обеспечивается большим объемом выполненных экспериментальных исследований с использованием современных методов, оборудования и ЭВМ, достаточной сходимостью экспериментальных и теоретических данных.

Значимость исследований для теории и практики. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволят: производить дальнейшее совершенствование конструкций предохранительных устройств приводов лесохозяйственных машин; прогнозировать оптимальные параметры предохранительных устройств лесохозяйственных машин с центральным приводом; оценить максимальную динамическую нагруженность в приводе лесохозяйственных машин при перегрузках; повысить надежность и производительность почвообрабатывающих машин в процессе эксплуатации.

Научные положения, выносимые на защиту:

- новая конструкция предохранительного устройства карданной передачи лесохозяйственных машин;

- зависимости и рекомендации по расчёту параметров предохранительного устройства и упругого элемента;

- математическая модель процесса перегрузки карданной передачи лесохозяйственной машины, позволяющая определить динамические нагрузки, возникающие в элементах привода при срабатывании предохранительного устройства;

- результаты экспериментальных исследований по определению влияния различных параметров карданного предохранительного устройства на максимальные динамические нагрузки.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на заседаниях кафедры деталей машин и инженерной графики, ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежской государственной лесотехнической академии (2003–2007 годы); на Всероссийской научно-практической конференции «Проектирование механизмов и машин» (г. Воронеж, 2007, 2008 годы).

Реализация работы Рекомендации по снижению динамических нагрузок, возникающих в карданной передаче лесохозяйственных машин при перегрузках, использованы в ОГУ «Воронежский лесхоз», ОАО РТП «Мухоудеровское», ОГУ «Задонский лесхоз», ООО «Аварийно-ремонтное эксплуатационное предприятие», ОГУ Савальский филиал «Лесная охрана» «Савальское лесничество». Основные положения диссертации внедрены в учебный процесс Воронежской государственной лесотехнической академии.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 научных работ, в том числе 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК Минобразования РФ, получен 1 патент РФ на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, общих выводов и приложений. Она содержит 123 страницы машинописного текста, 11 таблиц, 36 рисунков, библиографический список из 95 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель работы, научная новизна и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса. Цель и задачи исследования» рассмотрены конструкции лесохозяйственных машин, имеющие карданную передачу с предохранительным устройством, а также различные конструкции карданных предохранительных устройств. Отмечены их достоинства и недостатки.

Вопросами изучения карданных передач с целью снижения инерционных моментов и увеличения надежности занимались Гафанович А.А, Длоугий В.В., Малаховский Я.Э., Лысов М.И., Флик Э.П., а вопросами по защите машин от перегрузок по крутящему моменту кулачковыми предохранительными устройствами и динамикой машин в условиях перегрузки занимались Бородин Н.А., Вайнруб А.И., Гонский Г.В., Карамышев В.Р., Посметьев В.И., Попов Е.М., Сушков С.И. Тепенкичиев В.К., Флик Э.П. и др.

Анализ литературных источников, выполненной в первой главе, позволил сделать следующие выводы:

1. Лесохозяйственные машины работают в довольно сложных условиях, способствующих их перегрузкам.

2. Применяемые для защиты лесохозяйственных машин предохранительные устройства несовершенны и имеют недостаток – высокие динамические нагрузки при срабатывании.

3. Исследования по динамике перегрузки машин в основном выполнены для конкретных машин и с конкретными предохранительными устройствами. Их невозможно использовать для оценки динамических явлений, возникающих в карданном предохранительном устройстве лесохозяйственных машин при перегрузке.

4. Практически нет конструктивных решений по средствам защиты от перегрузок карданных передач лесохозяйственных машин, обладающих лучшими характеристиками, которые бы позволили эффективно снизить динамические нагрузки.

Исходя из анализа состояния вопроса и цели работы поставлены следующие задачи исследования:

1. Разработать новую конструкцию предохранительного устройства, устанавливаемого в карданном валу лесохозяйственной машины.

2. Разработать математическую модель процесса перегрузки карданной передачи лесохозяйственных машин с новым предохранительным устройством.

3. Получить аналитические зависимости для оценки максимальной нагруженности карданного вала при срабатывании предохранительного устройства.

4. Выявить оптимальные параметры предохранительного устройства карданной передачи, обеспечивающего более качественную работу привода, экспериментально подтвердить преимущества карданной передачи с новым предохранительным устройством.

Во второй главе «Повышение качества защиты карданной передачи лесохозяйственных машин от перегрузок» обоснованы основные положения для разработки предохранительного устройства для защиты карданных передач лесохозяйственных машин от перегрузок.

Для обеспечения более надежной защиты карданной передачи лесохозяйственных машин от перегрузок разработана новая конструкция карданного предохранительного устройства. Новизна технического решения подтверждена патентом РФ на полезную модель.

Разработанное предохранительное устройство (рисунок 1) состоит из свободно установленной на валу 1 карданной вилки 2 и втулки 3, которая перемещается по шлицам. Втулка 3 выполнена в виде ступицы с упругим элементом 4. Между вилкой и втулкой 3 установлены двухкулачковые шайбы 5, одна из которых закреплена в упругом элементе 4 втулки 3. Для прижатия шайб имеется цилиндрическая пружина 6, контактирующая с регулировочными гайками 7, навинчиваемыми на вал.

Предохранительное устройство работает следующим образом. При нормальном режиме работы передача крутящего момента осуществляется от фигурной вилки 2 на вал 1 через втулку 3 при помощи двухкулачковых шайб 5. При возникновении перегрузки вал 1 и втулка 3 останавливаются, втулка 3 сжимает пружину, зубья шайб выходят из зацепления. Предохранительное устройство срабатывает с последующей пробуксовкой.

Рисунок 1 – Карданное предохранительное устройство

Достоинство предложенной конструкции предохранительного устройства заключается в снижении динамических нагрузок и металлоемкости за счет применения упругого элемента

Для нормальной работы лесохозяйственной машины с разработанным карданным предохранительным устройством необходимо, чтобы оно не влияло отрицательно на качественные показатели машины. Для этого были определены основные силовые характеристики:

усилие нажимной пружины

; (1)

передаваемый крутящий момент

. (2)

где Rср – средний радиус кулачков зубчатой шайбы, м; – угол подъема зуба шайбы на среднем радиусе, рад; – угол трения, рад; fш – коэффициент трения в шлицевом соединении; К – коэффициент запаса.

В разработанной конструкции также ответственным является упругий элемент, так как он выполняет функцию демпфирующего элемента при передаче крутящего момента, т.е. работает на радиальное сжатие. Поэтому необходимо рассчитать силовые и прочностные характеристики упругого элемента.

При сборке упругого элемента с внешним радиусом R1 в металлической втулке будут возникать напряжения из-за того, что наружный радиус втулки на величину больше внутреннего радиуса R2 резинового элемента (рисунок 2).

Рисунок 2 – Расчётная схема резинового элемента предохранительного устройства

Напряжения, возникающие на поверхности упругого элемента

, (3)

Расчетные напряжения для упругого элемента следует сравнить с допустимыми [r ] и []:

r ;. (4)

В момент срабатывания предохранительного устройства будет происходить радиальное сжатие упругого элемента на величину смещения втулки (рисунок 3).

Радиальная сила, смещающая втулку

. (5)

Величина, на которую происходит смещение втулки

, (6)

Напряжение, возникающее в упругом элементе при смещении силой Fr

, (7)

1 – упругий элемент; 2– вал;

3 – ведомая полумуфта; 4 – втулка

Рисунок 3 – Расчетная схема упруго элемента

В третьей главе «Динамика карданной передачи с предохранительным устройством в режиме перегрузки» теоретически исследованы нагрузки, возникающие в карданной передаче лесохозяйственных машин при срабатывании предохранительного устройства.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»