Введение к работе
Актуальность проблемы. Ответственным и наиболее динамически нагруженным узлом многих сельскохозяйственнных машин (СХМ) являются рабочие органы роторного типа. К ним относятся роторы дробилок и измельчителей кормов, измельчающие аппараты кормоуборочных машин, барабаны мологильно-сепарирующих устройств зерноуборочных комбайнов, режущие аппараты ротационных косилок и др, Детали рабочих органов роторного типа подвержены более интенсивному износу, здесь наблюдается больше поломок, быстрее выходят из строя подшипники. Это, например, характерно для измельчителей кормов, которые в „настоящей работе выступают в качестве основных объектов исследований. Существенное влияние на надежность СХМ с рабочими органами роторного типа оказывают большие динамические нагрузки, возникающие из-за особенностей их движения и процессов функционирования. Этим сельскохозяйственным машинам присущи детерминированные и стохастические воздействия, наличие центробежных и гироскопических сил, неравномерное распределение масс, нарушение балансировки роторов вследствие износа и изменения геометрии масс при взаимодействии с перерабатываемым "материалом. Причем, так как большинство элементов и связей в СХМ с рабочими органами роторного типа являются упругими, то динамическая нагруженность этих конструкций во многом зависит от свойств колебательных систем роторов (роторных систем). Поэтому при проектировании этого класса GXM предъявляются повышенные требования к уровню конструкторских разработок, возникает необходимость в разработке эффективных методов динамического расчета роторных систем сельскохозяйственных машин.
Повышение качества проектирования СХМ с рабочими органами роторного типа, разработка методов расчета, поиск и обоснование новых технических решений невозможны без проведения комплекса научно-исследовательских работ. Прежде всего это связано с тем, что целый ряд важных вопросов остается еще мало изученным.
Так в настоящее время отсутствует универсальный метод расчета роторных систем, позволяющий проводить анализ динамической нагру-женности, СХМ с рабочими органами роторного типа различного назначения, сложной структуры с учетом особенностей их движения и процессов функционирования. Не уделялось внимания исследованиям нелинейных колебательных систем роторов СХМ, что значительно сужает возможности ттгюективования. мешает наяти новые технические решения,
- 4 _
не позволяет аффективно снизить динамическую нагруженность машш Не рассматривались возможности использования автобалансировочнь устройств, компенсирующих изменение неуравновешенности роторов щ эксплуатации машин, и не проводились исследования в этой області: Не проводились также исследования динамики роторных систем измєлі чителей кормов, направленные на снижение их нагрушнности, повыше ниє надежности, ріеньшение уровней вибрации и шума.
В связи с этим актуальное значение приобретает научная проб лема снижения динамической нагруженности сельскохозяйственных ма шин с рабочими органами роторного типа на основе моделирования расчета их как линейных'и нелинейных колебательных систем, анализ процессов их функционирования,- разработки и практической реализа щш технических решений, направленных на совершенствование маши этого класса.
диссертация выполнена в соответствии с планом научных работ : докторантуре Донского государственного технического университета (17.12.89-17.12.92). В 1983 и 1985 гг. исследования по данной проблеме гграводились в рамках координационного плана НИР и ОКР Мин живмаша, а в 1985-1990 гг. - координационного плана научно-исследовательских работ вузов в области механики.
Цель исследований. Разработать методы моделирования и расчет; линейных и нелинейных колебательных систем роторов сельскохозяйственных мадщн, выявить основные закономерности движения и функционирования рабочих органов роторного типа, осуществить практическу» реализацию технических решений, направленных на снижение динамической нагруженности и усовершенствование конструкций измельчителей кормов.
Задачи исследований.
Разработать научные основы механико-математического моделирования линейных ^нелинейных колебательных систем роторов сельскохозяйственных машин.
Разработать метода расчета автобалансировочных устройств роторов сельскохозяйственных машин как нелинейных систем с большим числом степеней свободы, включая расчеты установившихся и переходных режимов движения, а также оценку помехоустойчивости.
Провести теоретические и экспериментальные исследования установившихся и переходных режимов движения роторных систем сельскохозяйственных машин с автобалансирами, оценить влияние технологического процесса измельчения кормов и других внешних воздействий
на устойчивость автобалансировочного режима движения.
На базе метода конечных элементов разработать метод расчета колебаний и 'динамической нзгружеяности роторных систем сельскохозяйственных машин.
Провести теоретические и экспериментальные исследования колебаний и динамической нагрукенности роторных систем измельчителей кормов.
Практически реализовать результаты выполненных исследований.
Объекты исследований. Основными объектами исследований явля
лись измельчители грубых кормов MFT-165-02, ИРТ-165-03, ИРТ-Ф-80,
ИРТ-Ф-80-1, ИРТ-25"Фермер", измельчители зеленой массы типа МРМ-50,
опытные конструкции измельчителей кормов и экспериментальные стен
да. -
Научная новизна.
Разработан метод расчета установившихся движений, параметров и зон устойчивости автобалансировочных устройств роторов сельскохозяйственных машин как нелинейных систем с большим числом степеней СЕОбОДЫ.
Предложен и реализован метод расчета переходных режимов движения роторных систем с автобалансирами.
Разработана методика вычислительного эксперимента по оценке помехоустойчивости автобалансировочных устройств сельскохозяйственных машин.
В результате теоретических и экспериментальных исследований установившихся и переходных режимов движения роторных систем сельскохозяйственных машин с автобалансирами получены новые закономерности, существенно дополнившие теорию автобалансировочных.устройств.
Открыт новый эффект в механике машин, заключающийся в том, что при определенном соотношении между моментами сопротивления в опорах маятников, установленных с возможностью свободного вращения на горизонтальном роторе, и их статическими моментами имеет место, такой режим движения, когда ротор вращается с заданной угловой скоростью, а частота вращения маятников близка или совпадает с одной из критических скоростей ротора.
Разработан метод расчета роторных систем сельскохозяйственных машин, являющийся развитием метода конечных элементов и ориентированный на применение персональных компьютеров.
Рнблтсотека метола конечных эл^мр.ктов пасглгреча за счет hdehx'
- б -
элементов, характерных для роторов сельскохозяйственных машин элемент вала с распределенными параметрами, жестко закрепленного : твердом корпусе; элемент - твердый корпус; осесимметричные твердої тела, жестко закрепленные или опертые в нескольких узлах конечно элементной модели вала; конечный элемент вала с учетом деформащг сдвига, совместимый со стандартными элементами.
Разработаны новые алгоритмы определения критических скоросте: роторных систем сельскохозяйственных машин и решения квадратично: задачи на собственные значения; модернизирован алгоритм Гаусса дл. решения систем линейных алгебраических уравнений, матрицы которы. являются ленточными с двухсторонним окаймлением.
Практическая ценность.
Разработаны методика и пакет програш для расчета колебатель ных систем роторов сельскохозяйственных машин.
Практическую ценность представляют результаты теоретичееких экспериментальных исследований роторных систем измельчителей кор мов МРТ-Ф-80, ИРТ-165-02, ИРМ-50, позволившие разработать рекомен дации по снижению динамической нагруженности и уменьшению виораци машин этого типа.
Разработаны методика, пакет программ и рекомендации по проек тированию и настройке автобалансировочных устройств маятниковог типа для роторов СХМ.
Разработана методика и определены нормы вибрации измельчите лей кормов типа ИРТ-Ф-80, ИРТ-165, ИРМ-50, ИРТ-25"Фермер".
Результаты теоретических и экспериментальных исследований включающие в себя расчет динамики и прочности, изучение влияни различных конструктивных параметров на качество измельчения и зат раты мощности, разработку рекомендаций по сникению динамическо нагрушнности и вибрации, использованы при проектировании и внед рении в серийное производство измельчителя ИРТ-25 "Фермер".
Реализация результатов работы.
Спроектирована и изготовлена опытная конструкция измельчител кормов с автобалансиром.
Разработан и внедрен электронный сигнализатор уровня вибраци измельчителей кормов.
Разработан и внедрен электронный регулятор загрузки измельчи теля ИРТ-Ф^80.
Внедрены рекомендации по снижению динамической нагруженност и уменьшению уровней вибрации измельчителей кормов типа МРТ-Ф-8С
ІРТ-165, ИРМ-50.
Результаты исследований реализованы при проектировании и внесении в серийное производство измельчителя ИРТ-25"Фермер".
Результаты работы использованы на ПО "Бурятферммаш" при нор-ировании вибрации измельчителей кормов ИРТ-Ф-80-1 , ИРТ-165-03, [РМ-50, проводимом с целью контроля качества изготовления и сборки юторов.
Результаты исследований внедрены в основном на ПО "Бурятферм-іаш", часть результатов переданы для использования в ВПО "ВНЖжив-іаш" и "ФКТИкорммаш". Экономический эффект от внедрения резуль-атов исследований, подтвержденный актами, составил 1.04-5.709 руб-іей в год в ценах до 1991 года.
Апробация. Основные положения работы докладывались на "научно-ехнических конференциях Восточно-Сибирского технологического ин-ітитута (Улан-Удэ, 1981-1989 гг.), Донского государственного технического университета (Ростов н/Д, 1990 г.),.11 Всесоюзной конфе-іенции "Проблемы виброизоляции машин и приборов" (Иркутск,1989 г.), '1 и XII конференциях молодых ученых института Машиноведения (Мос-:ва, 1987 и 1989 гг.), межвузовской конференции "Современные проб-шы механики и управления в машиностроении" (Иркутск, 1988 г.), .ональном совещании заведующих кафедрами теоретической механики Оренбург, 1987 г.), II конференции молодых ученых БФ СО АН СССР Улан-Удэ, 1987 г.). Материалы исследований обсуждались в ВПО ВНИИ-мвмаш и ФКТИкорммаш.
Публикация результатов. Основное содержание диссертации оггуб-иковано в 30 печатных работах.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введе-ия, шести глав., общих выводов, библиографии из 366 наименований и грилокений, в которых представлены программы для ЭВМ, дополнитель-ие материалы и документы, подтверждающие внедрение результатов ис-:ледований. Общий объем работы составляет 521 страницу, в том чис-іе 309 страниц основного текста, 146 рисунков и 28 таблиц.
