РОЗДІЛ 2
ТЕОРЕТИЧНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ ЗАСТОСУВАННЯ
ДЕТАЛЕЙ З ВУГЛЕПЛАСТИКІВ У КОНСТРУКЦІЯХ
ЗЕРНОЗБИРАЛЬНИХ КОМБАЙНІВ
2.1. Розробка математичної моделі функціонування вічка шнека жатки
Довговічність сільськогосподарських машин, зокрема, зернозбиральних комбайнів,
значною мірою обумовлюється якістю їхніх рухомих з’єднань або трибосистем. У
зв’язку з великою кількістю діючих факторів та їхніх поєднань, широкими
конструкторськими і технологічними можливостями, кожна задача по створенню
конкретних вузлів тертя може мати кілька рішень, у тому числі далеко не
оптимальних.
Досвід експлуатації зернозбиральних комбайнів багатьох поколінь свідчить, що на
сьогоднішній день знайдене й обґрунтоване оптимальне рішення, щодо застосування
певного матеріалу для виготовлення вічок у пальчиковому механізмі шнека жатки
зернозбиральних комбайнів. Відоме застосування дерев’яних вічок, металевих,
металокерамічних, полімерних. Згідно [135], при екстремальних умовах роботи
трибосистеми “вічко-палець” усього лише після 3500 оборотів шнека (а це 18
хвилин роботи комбайна) знос вічка з вуглепластиків складає 0,39 мм при
гранично припустимому 2. Природно, що екстремальні умови роботи даного
з’єднання є надто короткочасними. На практиці вічка, виготовлені з
вуглепластиків, з успіхом «переносять» такі навантаження і не виходять з ладу,
як, наприклад, вічка з чистого поліаміду.
При нормальній роботі комбайна на зазначене з’єднання діють інші, менші за
величиною і більш тривалі в часі навантаження. Однак, моделі, що описує
динаміку навантажень і тисків при нормальній роботі з’єднання на сьогоднішній
день немає. Виходячи з цього, проводили теоретичні розрахунки, що враховували
зміну навантаження і тиску в системі “вічко-палець” при оптимальній, а не
екстремальній роботі, починаючи з моменту захвату пальцем зернової маси і
закінчуючи викиданням останньої в похилу камеру.
Процес зносу вічка шнека жатки можна розділити на три періоди. Перший період
характеризується інтенсивною зміною кривизни поверхні вічка в зоні контакту і
збільшенням зони контакту, при цьому радіус пальця r1 буде менше радіуса отвору
вічка r2; другий – постійною кривизною поверхонь тертя (r1 = r2) і збільшенням
зони контакту; третій – постійною кривизною поверхонь тертя (r1 = r2) і
зменшенням зони контакту.
Математичну модель зміни і величини навантажень і тисків, які виникають у
першому періоді одержували, застосовуючи теорію Герца [136]. Відповідно до цієї
теорії зона контакту двох тіл з циліндричними поверхнями представляє собою
прямокутник шириною 2h і довжиною l. Тиск Р в будь-якій точці прямокутника
приймається пропорційно ординаті циліндричної поверхні, що має своїм головним
перерізом поверхня контакту. Найбільший тиск Р0 розподіляється уздовж
прямокутника в точках, рівновіддалених від його сторін. Величини h, Р і Р0
визначаються за наступними формулами [135] :
; (2.1)
; (2.2)
, (2.3)
де m1 = 0,3, Е1 = 2,1Ч105 МПа; m2 = 0,32, Е2 = 0,4Ч104 МПа – коефіцієнти
Пуассона і модуль пружності, відповідно для холоднотягнутої сталі 35 та
вуглепластика УПА-6-40 [114].
r1 = 0,7, r2 = 0,75 см – радіуси пальця й отвору вічка;
N1 – приведена нормальна сила у зоні контакту «вічко-палець», Н / см. Як було
зазначено раніше [135] сила N для жатки комбайна СК-5 “Нива” визначалася з
умови прикладання максимального крутного моменту, до шнека жатки Ммах, при
якому спрацьовує запобіжна муфта. При цьому враховувалося, що крутний момент,
який передається муфтою, сприймають пальці шнека одного ряду (4 чи 5 пальців),
відповідно і навантаження розподіляється на 4 чи 5 з’єднань. Сила N залежить
від кута a (рис.2.1) між віссю симетрії пальця і діаметром труби шнека, що
проходить через центр симетрії вічка.
У даному випадку сила, що стискає вічко і палець у розрахунку на одиницю
довжини лінії контакту визначалася з періодом 0,011 с, у залежності від ваги
хлібної маси, яка переміщувалася пальцями шнека жатки. Пальці шнека обертаються
разом з муфтою навколо вала під дією крутного моменту, що передається кожухом
шнека жатки через вуглепластикові вічка. Рухоме з’єднання “вічко-палець”
знаходиться під навантаженням, починаючи з моменту, коли палець виходить з
кожуха (труби) шнека на максимальну величину (захват пальцем хлібної маси) і до
моменту подачі ним хлібної маси до бітера чи ланцюгового транспортера.
Для визначення навантаження на палець шнека (а, отже, і на вічко з
вуглепластика) складемо систему рівнянь для сил і моментів сил, що діють на
палець (а, отже, і на вічко), щодо осі обертання пальця і муфти. Введемо рухому
систему координат для складання системи рівнянь сил і моментів сил, що діють на
окремий палець шнека жатки (див. рис. 2.2).
Початок координат розмістимо в точці перетину осі симетрії пальця і вала,
навколо якого обертається втулка пальця і палець, вісь ОY направимо уздовж
пальця (осі симетрії), вісь ОХ – уздовж осі симетрії вала у бік обертання
пальця.
Рис. 2.1. Схема переміщення пальця при обертанні шнека:
1 – шнек жатки; 2 – вічко; 3 – палець.
Рис.2.2. Розрахункова схема для визначення навантажень і тиску
у з’єднанні “вічко-палець”.
Зробимо наступні позначення. R – радіус труби шнека; d1, d2, d3, d4 , d5 , d6 –
діаметри, відповідно, пальця; отвору вічка; циліндричної частини муфти; вала,
на якому обертається муфта; меншої конічної частини муфти; більшої її частини;
mп, m2, m3ў, m3ўў - маси, відповідно пальця, конічної частини муфти з частиною
пальця, пальця без маси тієї частини, що входить у муфту, циліндричної частини
муфти з частиною пальця, що входить у муфту; d – відстань між віссю обертання
пальців і віссю шнека; l1, l2, l3 – довжини, відп
- Киев+380960830922