Динамика фрикционно-планетарного механизма с солнечным колесом переменной упругости Гиясов, Насыр Мансурович

Введение к работе

Актуальность темы. Проектирование современных хлопкоуборочных

и аїлин осуществляется в основном, с. использованием иода лап,
описывающих технологический процесс с позиции геометрии II
кинематики без должного учета процессов динамики... Выполнении!}
исследования, главным образом отражают влияния отдельных
параметров хлопкоуборочной машины на качественные показатели их
работы, вопросы ге совокупности влияния, обеспечивающие наилучший
гіФ-зкг, т.е.оптимизации структуры и параметров хлопкоуборочных

мааин, всгмогности регулирования их в процессе работывзависимости от агро$она рассматривались- недостаточно. Отсутствие общи;: динамических и математических" моделей, методов оптимизации хлопкоуборочных машин, требует разработки теоретических сснс« оптимального проектирования механизмов этих машин, в чем заключается актуальность задачи, решаемой в данном диссертационной работе. Целью работы является разработка методики определения оптимальных

геометрических, кинематических и динамических параметров планетарного механизма с упругоп связью на осмоса общих уравнения динамики машин и ураі;.іен::л математической теории упругости с

учетом внутренних и внешних сил.

Методика исследования. В работе применены для решения нелинейного

дифференциального уравнения, метод операционного исчисления, а также физическое моделирование для АВМ. Экспериментальные исследования проводились с использованием иніормацнонно-игмерительноп системы ИИС, включающее в себя: АРНЭ на базе ПЭВМ "ЕС /04/". Научная новизна состоит в последовательном моделировании процесса стена хлопка-сырца со ыпинделя, математической модели движения сателлита /ыпинделя/ и анализе рабочих и переходных режимов .с псмопью модели. Предложена новая конструкция упругоп связи для сателлита и теоретически исследовано паиряхенш-дефорипрованное сп'.тояние последнего. Выведены Формулы на осноее механики

пофорнироуиого пити, отражающие влияния кинематических и

геометрических параметров механизма на процесс сапосброса,

самоогматнвания хлопка-сирца со шпипделеп. Впервые аналитически

анализируется возможность разматывания хлопка со шпинделя съемник

барабаном Соз повракдопия волокон. Получона Формула по определению

силе; удара паточной плаигсн об шпиндель. Предлагаются номограмму

нулэго канра по определению оптимального количества -щвточиих

планок. Получена формула по опрелонию критической угловой скорости

сгонного барабана, основанная на Функции Крылова.

Практическая ценность работы заключается в том, что в пзп

разработана инженерная методика расчета Фрикционного планетарного механизма съомноп зоны хлопкоуборочного аппарата хлопкоуборочная машины. Полученные аналитические формулы для вычисления параметров механизма, позволяет, с применением ЭБИ, оптимизировать процесс проектирования новых узлов машин. Предложенная методика внедрена п

ГСКБ по машинам для хлопкооодства.

Достоверность результатов обоснована проведзпиэм экспериментальных

исследовании по определении кинематический и силовых параметров и

сопоставлением их с теоретическими результатами.

Лпрсбация работы. Материалы диссертации докладывались и oocys-

дались:

На научно-технических и теоретических конференциях профессорско-преподавательского состава ТэлПИ, 19G8-I909 гг.

На республикаископ научш-тохничаскоп конференции, г. Таккопт

1981 г.

На республиканской конзорешшп по вибромаглшам, г. Ташкент

19-30 г.

На республиканском семинаре по Теории пеханизнов и мапин"

ТИИНСХ, 1993 г.

На объединенном семинаре института пэханикн и свпскостопкости

сооружения ЛИ РУз 199! г. Полное содержание диссертации доложено на соглнарв каэяр Тесрня мз'/аппзков и папин" и "Прикладная поханика" по TfSJJ Публ'-,;ации. По тема диссертации спублп;;с?.аію XQ научных статоп, і;

ton; число Z г'вторглаи свидетельства на sco^ru'AiyK).

Стру'Л7;-.а и обібн работа. Диссортацил ссстсит ііз введения, тлип::;
гиз, г":ес?.св по работе, списка литература, гкс&гмг^агс;
бмбга:сграичаския наименований и прплогммнн. Ctiicene-їі текс»
изложен на машинописних страницах, содержащих рнсуикса is

таблиц. Обіг.ип объем диссертации составляет страниц.

СОЛЕРЇАНИЕ РАБОТЫ

Во ЬБОдакии оооснована актуальность темы, изжлзиа цель, научна:!

повнена, практическая цакнесть работы, краткое содерганп работ. 3 первоп главе, приведен обзор литературы по теме диссертации,

конструкторских разработок -и исследовании иекзнизисв привода ппиндбля. Дается анализ суцоствукаих приводов ыпикделэг'» и требования, предъявляемые к ним. Определены цель и задачи настоящего исследования. По структурно-конструктибноиу признаку механизмы привода шпинделей следует отнести к планетарним механизмам, где сателлит является главным евеном - рабочий органом, т.е." шпинделем хлопкоуборочной машины, а бзрабан-водилсм-В технологическом процессе сбора и съема хлопка-сырца шпиндель, перемещаясь вместе с барабаном, совершает сложное движение: Привод шпинделей мохет быть осуществлен посредством: Фрикционной связи, где в качестве приводного элемента применены зубчатые сектори упругой связи с применением упругих элементов - пругам; применение и электро- и пневмогидродвихетелея и т.д. В серийных ыакинах применен фрикционный привод шпинделей ввиду его преимуществ перед другими типами приводов по конструктивным и эксплуатационным характеристикам. В проведенных теоретических и экспериментальных исследованиях процесса съема хлопка-сырца подчеркивается неустойчивость режимов работы, препятствующих росту агротехнических показателей машин. В связи с ныие изложенным, .'а задачи исследований входили: теоретическое и экспериментальное исследование закона движения сателлита в зоне сіема, аналитическое исследование солнечного. колеса арочного типа с переменное жесткостью по перииотру, теоретические исследования процоссш самосброса, самоотиативания, разматывания, динамики соударения теток съемного барабана со шпинделем, критической углопоп скорости съомнего барабана.

Dropnя гласа посвящена иссладоваии» математической кодоли дрижония

сателлита с у четой внутренних и внесших силок:.»:. Осжторов. Матокатичэская модель имеет сладуетип вид: "Рис.1"

^Jnp ^р - ^А « ^{+ с}'"и * " "m^-f- ^{Х 8ln X}V ^F(fiV W ⁽¹> гдо.-J - приведенный к оси сатоллита мопонт инорцим

А-(В( ~ ) - 2 ml J- ), «ту - m-f ) Rf/ ) (2)

1 Г

с- д ( Г ) + С (3)

Hi*

Е.В.Д - постоянниа параметри;

і - поредаточноз число;

f - сила упругости пруяинн;

н - коэффициент, учитывающий трзпиэ щеточной планки с поверхностью зпинделя. Решение уравнония /I/операторным методом для лвух рскгшов имеэт слодуипип вид: а) Холостой ход

,>(t) = t<—- - j—» -e~^at( — V, , -, )

пр a ^Jnp^{a(a +X} "б'

Sin (Xfc).t) X ы Спч(Хы t)

- ;r-s < - J ) <4)

J (а^+Х'ЧУ") a a"

np 5 . , .

'1родИ'ї«еренц!іровав /4/по времени получаем закон измзиэнпя угловоп скорости и ускорения шпинделя:

У пі -at ^{? d d}

) (5)

Рисі. Динамяческап модель сатоллита планетарного механизма с упругсл связь»

1. хлопок-сырец

2. сателлит

3. солнечное колесо с упругой свлзів

4. обгимпой барабан

п(Хм )" Хы .
/ =- Л Cos !X<> t) - ИпО.м U) +

Іф 6

--.1- * ^й

+ ar. ^3t (-г-- - J-yj- ) (6)

a J (a~+ X""<*)

tip б

где: <> - угловая скорость шпинделя; ^ви ~ Угловоо ускорение шпинделя.

(3) Рабочий ход

P.t к ^{х ш}б *о^рі ''о

^p(t> - - ⁽^7^7^" * —5 : ; » ^f

P-l К ^ХШ6 ^Р0^Р2 % 11

...+ 4 *- ( „ ,-,„ —,» 5" - - )-5іп(Хм.Д)(г *-r )-

Хо>. Хо>_,
О О
... - Cos (Xw t) ( — + —) (7)

^Рі ^РГ ..

Проди'Мэрошшровав П/ по "t" получим:

. _к Xto . _t „ Xw

P₁t Г б H₂t С О

... - Хш. Cos(X ь>Л) ( + )+ X о„ Sin (ХыДН — * — )

б б р_л р_г б б _рг _рг

где: л " —5— ; m=—^— і ".- углевая, скорость барабана;

л up

Г;

Численный анализ Формул /5/ и /8/ хорошо согласуется. экспериментальными результами, проведенными на стенде. Аналитические исследования по обоснованию параметров солнечного колеса арочного типа проводился с использованием Функции напря-ряжения Эри, ввиде следующего бигармонического ди$$ороіщиалшсго-уравнения:

₍ , ₍ __ ^. у_ _{0 (9)}

Or Br Яг

где: *> - Функция напряжения Эри;

г - текушия радиус вектор нейтральной оси. Общим решением /9/ является:

р » Cj+C-, lnr + Су"*'C^c'lnr, ' (10)

где: ^cj»Ct.C-,C₄ - постоянные интегрирования.

Законы изменения радиальных и трансверсальных напряжении в

сечениях материала арки имеют следующий вид:

1 Ор

. . V* ~Г ~Тг

Законы изменения упругих пврвмешеніш точек сеченип в радиальном и поперечном направлениях определяется из следувдих выражении:

_. j \а -ytcrюг -* l г" а

(12)

где: е - модуль упругости материала

і'- коэффициент Пуассона Третья глава посвящена изучению явлении самосброса, самоотматнвания и разматывания хлопка-снрьца со шпинделя,

исследованию соударении щеток съемного барабана со шпинделем» о, также установлению критической угловой скорости съемного барабана, а также определению оптимального количества щеточных планок. Условие, .обеспечивающее самоотпатывания хлопка со шпшшвля. определяется из следующих выражения:

Р.

2F і' (1 + 1) R,Sin
P_m *>„ -, СЦ к

F - ?. уП, i(l + l)V(Cos ^ш с - SlnJii «*) + 1 +F. (13)

И»>- ctg ^ W (14)

где: р - движувая сила, приложенная к концу отматываемого мотка; г - удельная вес нити; У - аналог линейной скорости конца . нити, двиаушейся по

эвольвент эпициклоиды; г - сила сцепления нити с поверхность» шпинделя; *и ~ ^{угловое} Ускорение шпинделя; і - передаточное число.

Условие самосброса хлопка-сырца со шпинделя запишется так:

J__ Sin JL >\fe ^ш (T +l)'2/(l+4f*)+ A,/g и

g "> ₂ '

к (l/f+f/(l+f^)6+ 2/(l + 4f^)(fCasp /2 + 1/2 31n»> /2)+4^(1 + ^) x

щ ы *~

(fCosp + Sinp ) + (Д.-Д_)/2д (Cosp -f Sine ) / (1 + f^Z) I 1/Oino /2 -
И і Ш 4 3 И И ' ш

...- Г - Д- Сове /2 - Д-Slnp /2 (13)

Усилие разматывания хлопка съемным барабаном определяется для двух

случаев:

I. Случал статического равновесия звона приведения

~ 1 R Віпр

u Біпр Cosa о с *с

S - ( О f + Г ^{С И} ft > я

_{с П}р . _ _с

2г (Р_сСо_вр_с + 1 _о ) Bin (y-a) l_ftB

с И

4<1-2 1 R Соар )

... :< Ц? (16)

((П_-г )²- 1 )^Г

2. Случая динамического равновесия звена приведения

] R Sitip

* ' *» ^u Sinf Cosct о о с

S »(P*+P**+Q І + F ^{c ш}

q u u np ^ ~

2r (R_cCo_s»>_{c +} l )-Sin (y-e) 1

с ш '

-m_c)._:. U5

((R -r )~~ 1 C²

с ш 0 о

с ш

где: ^s_C'^Sg ~ усилия разматывания;

^P_U,^F_U - сили инерции 1-го, 2-го родов;

nD ~ ^пР^{ИВ9Д8Ниая} сила;

м_с - момент силы полезного сопротивления;

F ' - сила связи между дольками хлопка-сырца. Используя закон сохранения энергии, нами предлагается формула по определению сили удара щетки съемного барабана об шпиндель:

P_g= - ' . (IB)

где: P - динамическая сила удара щеточной планки об шпиндель;

EJ - изгибная жесткость шетки щеточной планки;

av_q - скорость точки шпинделя;

л«_с - приращения угловой скорости съемника; <5 - величина заглубления щетки в шпиндель. В серийных' хлопкоуборочных машинах зона - воздействия щеточной планки со шпинделем ограничена; из-за бсільшоп изгиОноп жесткости щетки / ел /, для увеличения зоны взаимодействия нами предлагаете^ упругое соединение щеточной планки с валом съемного барабана-Зозткость упругого элемента определяется уравнением:

Е Ja*"(2a Cos*"al-(21aCo5l-Sinal ) )

(1?)

ft 1-(а Co5«l-SinaU

гдо:

р_ц- «»fі

m -масса щеточной планки;

ь>_с - угловая скорость сіє много барабана;

і - длина упругого элемента. Эффективность очистки поверхности шпинделя и выброс хлопка с поверхности сгвмого барабана в приемную камеру зависит от количества щеточных планок на съемном барабане. Нами предлагается для определения количества иоточных планок следующее неравенство-.'

гдз: К-количество щеточных планок на сьемном барабане. Условие выброса хлопка с поверхности jcm много барабана описывается следующей математическоп модель»:

vR
Ты . ' с

,Т +

„ (е -1)(о 1 )
иґ > ' *"'

yR (1+R (e^fpc-l))

где: f- козффицонт трения;

р_с- угол обхвата;

т - начальное натяжение;

г - удельный вэс хлопка-сырца. Выведенные нами параметрические уравнения траектории хлопка в приемной камере имеют следующий вид:

„__!!_ і^Г+ в

^%~ п

' t <22»

* -ш

у«і *

V*"

где?- R = ^KS_m^P ~2~ -аэродинамическая сила, создаваемая

всасывающим воздушным потоком
в приемной камере;
S_m - плошадь мидолева сечения;

v - скорость воздушного потока;

ft - коэффициент пропорциональности»

учитывавший парусность движущиеся
материальной точки;
R_c - радиус съемного барабана;

f - упругий прогиб щетки;

v - начальная скорость.

V - W*(R -1)
О с

/Pf

„ Cosf?( 6-6*))
* ^{g С Ш} (23)

У ЗЕЛт (R_c

ЗЕЛт (R_c-1)

Силу улара хлопка об ограадение приемной камери определяем по предлагаемой нами формуле:

«24) Ь

где: з - импульс силы удара хлопка об ограждении камеры. Ширина приемной камеры определяется из следующего уравнения:

- V JLt

_в . _{f +} -Л- V^і- ^m ' <^2Э)

где: в - ширина приемной камеры.

Выподено уравнение движения хлопка-сырца в вертикальной воздушной

среде 14 определена необходимая скорость двияения воздушного потока

c/k -д ' „ t-?t.\

V*

c(c/k-g)t"/6

„ С 2 7 )

X p S

где: z - аппликата движущейся материальной точки;

с - коэффициент пропорциональности;

g - ускорение свободного падения;

Р - массовая плотность воздуха. Математическая модель по определению критической угловоя скорости съемного барабана имеет следующий вид:

<9^у 2 д^у (29)

^у + С ^Y = F(t) ^v '

«st a x

1/2

где; c=(EJ/m ) - приведенная жесткость вала; у - упругий прогиб вала; F(t) - сила от неуравновешенности вала. В четвертой главе описывается методика и результаты

экспериментальных исследовании Фрикциолно-планетарного механизма, проводимых с целью виявлення действительных характеристик .механизма, соответствие их полученным теоретическим виводам, а также работоспособности нового упругого солнечного колеса. Лабораторно-стендовые испытания проводились на специальном стенде "0СИ11" ГСКБ по машинам для хлопководства. Для испытании были изготовлены .две пары упругих солнечных колес: /колодок обратного вращения/ одна с геометрическими и техническими параметры серийного аппарата, а вторая экспериментальная колодка. На . рис 2,3,4, приведены осциллограммы записи скоростных и силовых параметров серийной и экспериментальной колодок /упругого солнечного колеса/.