ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ЗВЕНЬЕВ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПОДВИЖНОСТИ РАБОЧИХ ОРГАНОВ КУЛЬТИВАТОРА С МАЯТНИКОВЫМИ ВИБРОУДАРНЫМИ МЕХАНИЗМАМИ

УДК 631.31

ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ЗВЕНЬЕВ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПОДВИЖНОСТИ РАБОЧИХ ОРГАНОВ КУЛЬТИВАТОРА С МАЯТНИКОВЫМИ ВИБРОУДАРНЫМИ МЕХАНИЗМАМИ

Бабицкий Л. Ф., доктор технических наук, профессор; Шевченко В. В., ассистент; Москалевич В. Ю., кандидат технических наук, доцент; Академия биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского»

Снижение энергоемкости обработки почвы рабочими органами сельскохозяйственных машин является важной задачей. Решить данную проблему можно путем подбора оптимальной формы рабочих органов, применения материалов с низким коэффициентом трения, задействовании активных рабочих органов и т.д. Одним из распространенных методов является использование вибрации, которая создается принудительным способом или в результате применения упругих стоек и пружинной подвески. Для усиления эффекта используют виброударные механизмы.

Ключевые слова: кинематическая пара, маятниковый виброударный механизм, ударник, обработка почвы, степень подвижности, энергозатраты.

VERIFICATION OF STRUCTURAL UNITS AND THE STUDY OF THE MOBILITY OF THE WORKING BODIES OF THE CULTIVATOR WITH A PENDULUM VIBRO-IMPACT MECHANISMS

Babitskij L. F., Doctor of Technical Sciences, Professor; Shevchenko V. V., Assistant; Moskalevich V. Y., Candidate of Technical Sciences, Associate Professor; Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University»

Reduction of energy intensity of tillage working bodies of agricultural machines is an important task. To solve this problem by selecting the optimalform of working bodies, the use of materials with a low coefficient of friction, the involvement of active working bodies, etc. One of the common methods is the use of vibration, which creates a push or as a result of applying the elastic struts and spring hangers. To enhance the effect use of the vibro-impact mechanisms.

Keywords: kinematic couple, of circular vibro mechanism, drummer, tillage, degree of mobility, energy consumption.

Введение. В связи с возросшей проблемой обеспечения энергоносителями в сельском хозяйстве особое внимание уделяется снижению энергоемкости процессов при обработке почвы. Вибрационное и импульсное воздействие ра-

67

бочих органов на почву позволяет значительно снизить тяговое сопротивление почвообрабатывающих орудий [1]. Использование принудительного привода вибрационных почвообрабатывающих рабочих органов не является эффективным, так как получаемый эффект не превышает затраты энергии на принудительный привод рабочих органов [2]. Поэтому возбуждение вибрации рабочих органов необходимо осуществлять за счет периодического изменения сил со-противления почвы при движении рабочего органа на упругой подвеске [1].

Материал и методы исследований. Научной школой «Механико-бионические основы разработки почвообрабатывающих машин» в Академии биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского» разработаны новые конструктивные схемы рабочих органов с маятниковыми виброударными механизмами малоэнергоемких почвообрабатывающих машин.

Первый вариант конструктивной схемы маятникового виброударного механизма, установленного на упругой стойке рабочего органа культиватора, показан на рис. 1. Ударник виброударного механизма, расположенный на качающемся рычаге, состоит из пустотелого цилиндрического корпуса с внутренним виброударным механизмом, состоящим из чередующихся витых пружин и цилиндрических тел с полусферическими выступами на торцах и выступающими цилиндрическими толкателями. Перемещение ударника ограничено наковальнями и расположенными, соответственно, на стойке и упругом ограничителе. Перемещение стойки в вертикальном направлении ограничено парой ударников с пружиной сжатия.

механизмом

Рабочий орган культиватора работает следующим образом. Возникающая в процессе движения в почве переменная по величине сила сопротивления вызывает колебания упругой стойки. В фазе сжатия почвы отклоняющаяся упругая стойка вызывает смещение ударника. При скалывании почвы и резком падении сопротивления стойка за счет силы упругости начинает двигаться в обратную сторону, а закрепленный на ней посредством качающегося рычага ударник в

силу своей инерции продолжает движение и соударяется с наковальней упругого ограничителя и меняет направление движения на противоположное. В нижней точке движения происходит соударение виброударного механизма с наковальней, размещенной на упругой стойке. Изменением расстояния между наковальнями и регулируется частота срабатывания ударника вибро-ударного механизма. Допускаемое перемещение рабочего органа в вертикальном направлении ограничено виброударным ограничителем, состоящим из ударников и пружины.

Рабочий орган культиватора со вторым вариантом конструктивной схемы маятникового ударного механизма, содержит С-образную стойку с культиваторной лапой в нижней её части, закреплённую на раме с помощью шарнира и подпружиненную относительно неё (рис. 2). Ударный механизм маятникового типа содержит рычаг, верхняя сторона которого закреплена на оси вращения, а на нижней его стороне установлен ударник. Ось вращения рычага закреплена на С-образной стойке зажимом с возможностью изменения положения оси вращения по высоте относительно культиваторной лапы. На С-образной стойке закреплён, с возможностью взаимодействия с ударником, боёк с полусферической рабочей поверхностью. Ударник выполнен в виде пустотелого цилиндра с полусферическими выступами на торцах, внутри которого расположено, с возможностью свободного перемещения вдоль оси цилиндра, массивное тело сферической формы.

Рисунок 2. Схема рабочего органа культиватора с маятниковым виброударным

механизмом

Рабочий орган культиватора работает следующим образом. Возникающая в процессе движения в почве переменная по величине сила сопротивления вызывает колебания упругой стойки. В фазе сжатия почвы отклоняющаяся упругая стойка вызывает смещение ударника. При скалывании почвы и резком падении сопротивления стойка за счет силы упругости начинает двигаться в обратную сторону, а закрепленный на ней посредством качающегося рычага ударник в силу своей инерции продолжает движение в обратную сторону, удаляясь от стойки. В свою очередь, расположенное в полом ударнике массивное тело сфериче-

69

ской формы, совершает противоположно направленные движения относительно него, ударяясь в конечных точках о полусферические выступы, закрепленные на концах ударника. Это усиливает удар и увеличивает частоту соударений, что приводит к более интенсивным колебаниям стойки с рабочим органом.

Для подтверждения эффективности новых технических решений выполним структурный анализ маятниковых виброударных механизмов предложенных рабочих органов, используя методы теории механизмов и машин [3].

Результаты и обсуждение. Определим степень подвижности Ж в продольно-вертикальной плоскости рассматриваемых виброударных механизмов по формуле П. Л. Чебышева [3]:

№ = Зп - 2Р, - Р,

где п - число подвижных кинематических звеньев;

P5 - число кинематических пар пятого класса;

P4 - число кинематических пар четвёртого класса.

Для первого варианта маятникового виброударного механизма (рис. 1) при свободном положении ударника число подвижных звеньев составляет п = 3, число кинематических пар пятого класса Р5 = 1. Тогда в положении без соударения элементов виброударного механизма степень подвижности Ж согласно формуле (1) будет равна:

Полученный результат свидетельствует о том, что рассматриваемый механизм является структурным.

При соударении торцевой части ударника с полусферической поверхностью одной из наковален дополнительно образуется одна кинематическая пара четвёртого класса Р тогда степень подвижности Ж станет:

Следует отметить, что одно соударение может быть только с одной из наковален. За счёт соударения звеньев в виброударном механизме происходит концентрация ударного импульса на стойке рабочего органа, что обеспечивает скалывание лапой блока почвы при меньшем усилии.

Для второго варианта маятникового ударного механизма (рис. 2) при свободном положении ударника число подвижных звеньев составляет п = 1, число кинематических пар четвертого класса Р4 = 1. Тогда в положении без соударения элементов виброударного механизма степень подвижности Ж согласно формуле (1) будет равна:

Следовательно, при свободном положении ударника этот ударный механизм не является структурным.

При соударении массивного тела сферической формы внутри ударника с полусферической поверхностью одной из наковален количество кинематиче-

70

ских пар четвёртого класса Р4 увеличивается до двух, тогда в соответствии с формулой (1) степень подвижности Ж механизма составляет:

Следовательно, при такой схеме маятникового ударного механизма, в моменты соударения подвижной массы с наковальнями внутри ударника он становится структурным. Переменная подвижность маятниковых виброударных механизмов учитывает сопротивление фаз деформации и разрушения почвы во времени, что создает условия для возникновения автоколебаний в почве. Скалывание почвы рабочим органом с маятниковым виброударным механизмом происходит за более короткий промежуток времени в фазе сжатия почвы и за счет соударения звеньев, сила воздействия рабочего органа достигает усилия скалывания почвы. Результатом этого является сокращение времени фазы скалывания почвы и перемещения рабочего органа в этой фазе [4, 5]. Это снижает тяговое сопротивление рабочего органа с маятниковым виброударным механизмом и обеспечивается мелкокомковатое крошение почвы.

Выводы. Таким образом, в зависимости от условий работы почвообрабатывающего орудия, влияющих на соударение звеньев маятниковых виброударных механизмов, степень их подвижности может изменяется, что будет способствовать автоматическому регулированию передачи энергии на рабочие органы, благодаря чему снизятся энергозатраты и улучшатся качественные показатели обработки почвы.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Министерства образования, науки и молодежи Республики Крым в рамках научного проекта № 18-48-910001.

Список использованных источников:

1. Бабицький Л. Ф. Бюшчш на-прями розробки грунтообробних машин / Л. Ф. Бабицький. - К.: Урожай, 1998. - 164 с.

2. Дубровский А. А. Вибрационная техника в сельском хозяйстве. М.: Машиностроение, 1968. - 204 с.

3. Артоболевский И. И. Теория механизмов и машин - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. - 640 с.

4. Бабицкий Л. Ф., Витвицкий А. Г. Теоретическое обоснование виброударного действия деформатора на почву // Вибрации в технике и техно-

References:

1. Babitsky L. F. Bionic areas of development of tillage machines / L. F. Babicki. - K.: Vintage, 1998. - 164 c.

2. Dubrovsky A. A. Vibration technique in agriculture. M.: Mashinostroe-nie, 1968. - 204 p.

3. Artobolevsky I. I. Theory of mechanisms and machines - M.: Science. GL. ed. Fiz.-Mat. lit., 1988. - 640 p.

4. Babitsky L. F., Vitvitsky A. G. Theoretical justification of vibro-impact action of the deformer on the ground // Vibrations in technics and technologies. -Vinnitsa, 2002. - № 4 (25) - P. 53-56.

71

логиях. - Винница, 2002. - №4 (25) - 5. Babitsky V. I. Theory of vibro-

С. 53-56. impact systems. - Moscow: Science,

5. Бабицкий В. И. Теория виброу- 1978. - 352 p. дарных систем. - М.: Наука, 1978. - 352 с.

Сведения об авторах:

Бабицкий Леонид Федорович -доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой механизации и технического сервиса в АПК Академии биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского», e-mail: kaf-meh@ rambler.ru, 295492, п. Аграрное, Академия биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского».

Шевченко Владимир Викторович -ассистент кафедры механизации и технического сервиса в АПК Академии биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского», e-mail: v.v.shevchenko75@ mail.ru, 295492, п. Аграрное, Академия биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского».

Москалевич Вадим Юрьевич -кандидат технических наук, доцент кафедры механизации и технического сервиса в АПК Академии биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского», e-mail: kaf-meh@rambler.ru, 295492, п. Аграрное, Академия биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского».

Information about the authors:

Babitskiy Leonid Fedorovich -Doctor of Technical Sciences, Professor, the head of the Section of mechanization and technical services in AIC of the Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University», e-mail: kaf-meh@rambler.ru, 295492, Agrarnoe, Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University».

Shevchenko Vladimir Viktorovich -Assistant of the Section of mechanization and technical services in AIC of the Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University», e-mail: v.v.shev chenko75@mail.ru, 295492, Agrarnoe, Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University».

Moskalevich Vadim Yuijevich -Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Section of mechanization and technical services in AIC of the Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University». e-mail: kaf-meh@rambler.ru, 295492, Agrarnoe, Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University».

72