WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Для определения динамических нагрузок привода лесохозяйственных машин представим двухшарнирную карданную передачу с кулачковой предохранительной муфтой, встроенной в промежуточный вал лесохозяйственной машины, как трехмассовую динамическую систему (рисунок 4)

Рисунок 4 – Расчетная динамическая модель лесохозяйственной машины с двухшарнирной карданной передачей и предохранительным устройством, установленным в середине кинематической цепи

До перегрузки система вращается с угловой скоростью и нагружена моментом движущих сил Мр и моментом сил сопротивлений Мс. Связь, которая образовалась между рабочим органом и предметом, вызвавшим перегрузку, наблюдается при наиболее неблагоприятном случае – внезапном стопорении. Как только нагрузка достигнет значения регулировочного момента, начнется относительное проскальзывание рабочих поверхностей предохранительного устройства и возрастание момента до его максимального значения. Масса, в которой смонтировано предохранительное устройство, в этом случае распадается на две массы. После чего трехмассовая система превращается в одномассовую с заделкой (рисунок 5).

Рисунок 5 – Расчетная схема динамической системы с кулачковой предохранительной муфтой при перегрузке

Дифференциальное уравнение движения системы запишется в виде

, (8)

где – момент инерции массы системы, кг·м2; – угол закручивания, рад; – жесткость упругого звена, Н·м/рад; – параметр демпфирующего сопротивления, Н·м·с; – регулировочный момент предохранительного устройства, Н·м.

При возникновении перегрузки на рабочих органах лесохозяйственной машины будет происходить срабатывание кулачкового предохранительного устройства карданной передачи, что приведет к возникновению максимальных динамических нагрузок, поэтому начальные условия для этого случая можно записать (при ) так: ;, где – угловая скорость, с-1.

Решая дифференциальное уравнение (8) с учетом начальных условий определяются максимальные динамические нагрузки

(9)

Используя уравнение (9) на ЭВМ были рассчитаны значения максимальной нагруженности в зависимости от моментов инерции масс, жесткости упругих звеньев, параметров демпфирования, при различных углах наклона карданного вала. Выявлено, что с увеличением момента инерции ведущей массы происходит снижение максимального динамического момента в карданном валу (рисунок 6). Однако с увеличением углов наклона карданного вала 1 и 2 величина максимальных моментов возрастает.

При углах, равных 1= 2=0 град. с увеличением момента инерции до 1 кг·м2 максимальная динамическая нагрузка снижается на 24 %, а при 1= 2=15 град на 70 %.

Полученная зависимость максимальных динамических нагрузок, возникающих в карданном приводе, от момента инерции центральной массы системы представлена на рисунке 7 (при различных углах наклона двухшарнирного телескопического карданного вала (1= 2)). С увеличением момента инерции центральной массы ведущей части системы происходит возрастание максимального динамического момента в карданной передаче. При увеличении углов наклона от 0° до 15° происходит увеличение максимальных динамических нагрузок в 2,2 раза.

Рисунок 6 – Зависимость максимальной динамической нагруженности в карданном предохранительном устройстве от момента инерции ведомой массы системы при различных углах наклона карданного вала

Рисунок 7 – Зависимость максимальной динамической нагруженности в карданном предохранительном устройстве от момента инерции центральной массы системы при различных углах наклона карданного вала

Установлено, что существенное влияние на величину амплитуды затухания динамических нагрузок после стопорения рабочего органа и дальнейшей пробуксовке предохранительного устройства оказывает коэффициент демпфирующих сопротивлений (рисунок 8). В момент срабатывания предохранительного устройства при углах наклона 1= 2 = 0 град. и при Н·м·с2 величина динамических нагрузок составляет М =113 Н·м, в то же время при значении = 25 Н·м·с – М= 98 Н·м, т. е. снижается на 15 %.

С увеличением жесткости происходит увеличение максимального момента при углах наклона 1 и 2, равных 0 град (рисунок 9). Так, увеличение жесткости в 6 раз приводит к возрастанию максимальных нагрузок соответственно на 30 %, а при увеличении углов наклона 1 и 2 до 15 град. – на 80 %.

Рисунок 8 – Зависимость максимальной динамической нагруженности в карданном предохранительном устройстве от демпфирующего сопротивления при различных углах наклона карданного вала

Рисунок 9 – Зависимость максимальной динамической нагруженности в карданном предохранительном устройстве от жесткости демпфирующего сопротивления при различных углах наклона карданного вала

Анализируя полученные графики, можно видеть единую закономерность изменения максимальных нагрузок от параметров системы. При увеличении углов наклона 1 и 2 увеличивается максимальная динамическая нагрузка, потому что на передаваемый момент накладываются колебания карданного момента, значит, при дальнейшем изменении 1 и 2 с 15град. до 30 град. будет происходить увеличение максимального момента.

На ЭВМ используя программу MathCAD 13 и уравнение (2) определены оптимальные параметры предохранительного устройства с упругим элементом, при которых в карданной передаче будут возникать минимальные величины динамических моментов при его срабатывании. При жесткости системы С23= 410 Н·м/рад, параметре демпфирования 23= 9,87 Н·м·с, моменте инерции центральной массы системы I2=0,012 кг·м2 и регулировочном момент Трег= 95 Н·м, величина динамического момента составляет Мmin=134,85 Н·м.

В четвертой главе «Программа и методика экспериментальных исследований» изложена методика экспериментальных исследований, реализуя которую необходимо доказать предпочтительность разработанного предохранительного устройства по сравнению с существующими.

Программа экспериментальных исследований включает следующие пункты:

1. Провести сравнительные исследования максимальной динамической нагруженности карданной передачи лесохозяйственных машин при срабатывании нового предохранительного устройства со встроенными упругими элементами и существующего.

2. Исследовать влияние углов наклона карданного вала на максимальные динамические нагрузки.

3. Провести сравнительные исследования точности ограничения нагрузки нового кулачкового предохранительного устройства с упругим элементом в карданном приводе и устройства без упругого элемента.

4. Оценить надежность предохранительного устройства в процессе работы лесохозяйственной машины.

В пятой главе «Результаты экспериментальных исследований» приведены графические зависимости влияния частоты вращения, момента инерции ведомой массы системы, углов наклона карданного вала и удельного давления на максимальные динамические нагрузки.

1 – существующее предохранительное устройство;

2 – разработанное предохранительное устройство

3 – теоретические данные

Рисунок 10 – Зависимость максимальных динамических нагрузок от частоты вращения

С увеличением частоты вращения для системы, включающей разработанное предохранительное устройство, величина максимальных динамических нагрузок возросла в 1,93 раза, а для существующей – в 2,07 раза (рисунок 10).

1 – существующее предохранительное устройство;

2 – разработанное предохранительное устройство

3 – теоретические данные

Рисунок 11 – Зависимость максимальных динамических нагрузок от момента инерции рабочего органа

С увеличением момента инерции рабочего органа происходит увеличение максимальных нагрузок для обоих типов предохранительного устройства на 40 % (рисунок 11). Однако максимальные динамические нагрузки, возникающие при срабатывании предохранительного устройства с упругим элементом ниже, чем у стандартного на 30 %.

Для оценки углов 1 (угла наклона между ведущим и промежуточным валом) и 2 (угла наклона между промежуточным и ведомым валом) на максимальные динамические нагрузки проводили экспериментальные исследования при постоянных углах наклона 1 и 2, которые между собой равны (1 = 2), так как необходимо обеспечивать равенство частот вращения ведущего и приводного валов, соединенных между собой карданным валом с двумя шарнирами.

На рисунке 12 видно, что величина максимальных динамических нагрузок при изменении углов наклона 1 и 2 от 0 град. до 15 град. для системы, включающей разработанное предохранительное устройство, возросла на 31 %, а для системы с существующим предохранительным устройством на 70 %. Увеличение динамических нагрузок происходит за счет удлинения карданного вала при его телескопировании, которое приводит к возникновению дополнительных изгибающих моментов и нагрузок в опорах передач.

1 – существующее предохранительное устройство;

2 – разработанное предохранительное устройство;

3 – теоретические данные

Рисунок 12 – Зависимость максимальных динамических нагрузок от углов карданного вала

Проведенные исследования по надежности работы разработанного карданного предохранительного устройства с упругими элементами являются положительными, так как отклонения параметров от первоначальных значений не превышают 10 %, что отвечает требованиям, предъявляемым для испытаний кулачковых предохранительных устройств на ресурс (5000 срабатываний).

Полевые испытания разработанного предохранительного устройства проводились на ямокопателя ДЭМ-112 в ОГУ «Воронежский лесхоз» в течение осеннего сезона 2007 года. Результаты показали, что в момент попадания под рабочие органы крупных корней и кочек происходило срабатывание предохранителя. Простоев по причине несрабатывания предохранителей не происходило.

В шестой главе «Эффективность выполненных исследований и рекомендации по их использованию» выполнен расчет экономической эффективности который показал, что установка нового предохранительного устройства на лесохозяйственную машину является экономически эффективным мероприятием. Годовой экономический эффект от внедрения предохранительного устройства с упругими элементами составил 2546,8 руб., а срок окупаемости 0,56 года.

Эффективность выполненных исследований подтверждается также тем, что они нашли применение в ОГУ «Воронежский лесхоз», ООО «Аварийно-ремонтное эксплуатационное предприятие», ОАО РТП «Мухоудеровское», ОГУ «Задонский лесхоз», ОГУ Савальский филиал «Лесная охрана» «Савальское лесничество» и в учебном процессе Воронежской государственной лесотехнической академии.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработано новое предохранительное устройство с упругим элементом, позволяющее снизить динамические нагрузки лесохозяйственных машин при пробуксовке. На конструкцию карданного предохранительного устройства получен патент на полезную модель. Получены зависимости для определения основных силовых характеристик карданного предохранительного устройства. Даны рекомендации по нахождению основных силовых и прочностных характеристик упругих резиновых элементов, установленных в карданном предохранительном устройстве.

2. Разработана математическая модель процесса перегрузки карданного вала машины с предохранительным устройством, позволяющая определить динамические нагрузки, возникающие в момент перегрузки, с учетом жесткости, демпфирования и углов закручивания. На базе модели получена расчетная зависимость для определения максимальных динамических нагрузок, возникающих на карданном валу при срабатывании предохранительного устройства (с учетом жесткости, демпфирующего сопротивления, моментов инерции масс, угловой скорости и углов наклона карданного вала).

3. Определены оптимальные динамические параметры, при которых будут возникать минимальные динамические нагрузки равные; Мmin= 134,85 Н·м при жесткости системы С23= 410 Н·м/рад, параметре демпфирования 23= 9,87 Н·м·с и моменте инерции центральной массы системы I2= 0,012 кг·м2.

4. Применение в карданном приводе лесохозяйственных машин разработанного предохранительного устройства с упругими резиновыми элементами, за счет снижения жестокости системы и увеличения демпфирующей способности, позволяет снизить максимальные динамические нагрузки, возникающие при столкновении их рабочих органов с препятствиями, на 30…40 % по сравнению с существующими устройствами. Применение разработанного предохранительного устройства не оказывает отрицательного воздействия на точность срабатывания, расхождение между существующим предохранительным устройством и разработанным составило 4…5 %.

5. Получено близкое совпадение теоретических и экспериментальных данных по оценке динамических нагрузок, возникающих в карданном валу лесных машин с активным приводом, их расхождение не превышает 12 %.

6. Стендовыми испытаниями подтверждена достаточная надежность разработанного предохранительного устройства. Его использование в лесохозяйственных машинах отвечает общим требованиям при испытании на ресурс. Полевые испытания модернизированного ямокопателя ДЭМ-112 со встроенным в карданную передачу новым предохранительным устройством показали хорошую работоспособность машины. Отказов в работе по причине несрабатывания ее предохранителей не наблюдалось.

7. Годовой экономический эффект от установки в карданную передачу разработанного предохранительного устройства составил 2546,8 руб, а срок окупаемости 0,56 года.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах::

Публикации в изданиях, рекомендованых ВАК

  1. Боровиков, Р.Г. Совершенствование защиты карданных приводов лесохозяйственных машин [Текст] / Р.Г. Боровиков, В.С. Быков // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии / С.-ПбГЛТА. – С. – Пб., 2007.- Вып. 181. – С. 79 – 83.
  2. Щеблыкин, П. Н. Расчет упругого элемента предохранительного устройства фрезерной почвообрабатывающей машины [Текст] / П.Н. Щеблыкин, Р.Г. Боровиков // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. С.-ПбГЛТА – С.-Пб., 2007. – Вып. 180. – С. 192–195.

Патенты

Pages:     | 1 || 3 |






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