Модернизация механизма очистки зерноуборочного комбайна КЗС-7 (конструкторский раздел дипломного проекта)

Содержание

1.Требование к механизму очистки…
2.Анализ существующих конструкций, патентный поиск…
3.Формирование математической модели МО……
4. Расчет на ПЭВМ вариантов МО и выбор рационального…
5.Обоснование модернизации очистки КЗС-7
6.Характеристика МО. Траектория общего центра масс за оборот кривошипа…
7. Прочностной расчет наиболее нагруженной детали

В пояснительной записке на основе результатов патентного поиска и известных теоретических методов дан анализ существующих конструкций механизмов очистки, разрабатываемых как у нас в стране, так и за рубежом. По результатам структурного анализа распространенной схемы МО была сформирована его математическая модель. Выполнен геометрический, кинематический, силовой и динамический анализ МО и подробно описан характер процесса очистки комбайна. По результатам математического моделирования обосновано техническое решение – вариант МО для КЗС-7, позволяющее снизить динамические нагрузки. В записке на основе задач, решаемых КЗС-7 сформулированы требования на модернизированный МО. Выполнен прочностной анализ детали и определен экономический эффект от модифицированного комбайна. В записке разработаны мероприятия по техники безопасности, охране труда, экологии и рекомендации по рациональной эксплуатации механизма очистки.



4.Формирование математической модели
механизма очистки

4.1 Математическое моделирование
механизма очистки зерноуборочного комплекса
КЗC-7.


Используемый в зерноуборочном комплексе КЗС-7 механизм очистки (МО) расположен в молотилки самоходной и включает: маховик, шатуны, двуплечие рычаги, штанги, подвески и рабочие органы – стрясную доску, верхний и нижний решетные станы, шарнирно закрепленные на раме (рис.1). Также как и известные двухстанные механизмы очистки российских зерноуборочных комбайнов Дон-1500 (Дон-1500Б) в работе МО КЗС-7 характеризуется неуравновешенностью движущихся в противофазе звеньев. Основное воздействие на раму МО оказывают рабочие органы, масса которых более чем на порядок выше массы остальных элементов конструкции. Колебания рамы очистки, в свою очередь, возбуждают колебания корпуса молотилки, что снижает надежность его несущей конструкции и в целом КЗС-7, или такого зерноуборочного комбайна как Дон-1500.В первом приближении двухстанная очистка представляет собой трехмассовую механическую систему, если массами шатунов и подвесок пренебречь или привести их к основным массам. Стремясь уравновесить одну из совершающих сложное движение масс рабочих органов двумя другими, исследователи шли путем ориентировочных расчетов и, главным образом, доводки на стенде, что требовало дополнительных материальных


Рис. 1 Общий вид механизма очистки КЗC-7
1 – вентилятор; 2 – верхний решетный стан; 3 – маховик привода; 4 – несущая конструкция (рама); 5 – подвеска верхнего решетного стана; 6 – нижний решетный стан; 7 – подвеска нижнего решетного стана; 8 – шатун; 9 – двуплечий рычаг; 10 – стяжка; 11 – штанга; 12 – подвеска стрясной доски; 13 - стрясная доска.

и временных затрат, а иногда сопровождалось усложнением и утяжелением МО в целом . Следует отметить, что каждый из рабочих органов представляет собой отработанную конструкцию со сложившимся относительным положением рабочих элементов, а также оптимальной амплитудой колебаний и траекториями движения характерных точек, варьировать которыми затруднительно, поскольку характер движения рабочих органов обусловлен требованиями качественного выполнения технологического процесса очистки. Кроме того по условиям компоновки рабочие органы вновь спроектированного и уравновешенного МО должны были располагаться также как и у известных МО.
В рыночных условиях, когда требования конкурентоспособности вынуждают увеличивать объём исследований на ранних этапах проектирования, время на доводку опытного образца сокращают за счёт исследования адекватной математической модели, позволяющий выполнить многовариантный анализ задачи и составляющей один из существенных этапов автоматизированного проектирования технических объектов.
Неуравновешенная сила, вызывающая колебания рамы МО, равна произведению массы всех подвижных звеньев МО на ускорение его центра масс. Статическое уравновешивание реализуется только если центр масс будет оставаться неподвижным или двигаться равномерно и прямолинейно при работе механизма. Последнее невозможно, так как центр масс МО за цикл (1 оборот ведущего звена) описывает криволинейную траекторию. Поэтому, синтезируя МО с учётом вышеупомянутых ограничений, приходится удовлетворяться его частичным уравновешиванием, выражающемся в сокращении площади фигуры, описываемой центром масс МО.
Постановка задачи кинетостатического анализа МО в соответствии с исходной пространственной геометрической моделью ведёт к необходимости формирования достаточно сложной математической модели. Однако, если учесть некоторые особенности трехмерной схемы МО и несколько идеализировать механические свойства его звеньев, например, симметрию схемы в продольной плоскости, параллельность между собой осей, проходящих через центры шарниров и несжимаемость звеньев, то в проекции на продольную плоскость симметрии структура МО КЗС-7, как и у Дон-1500, идентифицируется плоским одноподвижным десятизвенным шарнирно-рычажным механизмом (рис.2).

Рис.2.Геометрическая модель механизма очистки зерноуборочного комбайна.

Структура МО по классификации Ассура - Артоболевского [4] следующая: механизм 1-го класса (звено l1), к которому последовательно присоединена группа Ассура 2-го класса, 1-го вида (звенья l2-l3), к которой, в свою очередь, параллельно присоединены 3 три группы Ассура 2-го класса 1-го вида (звенья l4-l5, l6-l7, l8-l9).
По результатам геометрического анализа были определены углы, образуемые подвижными звеньями МО в правой декартовой системе координат и координаты центров подвижных шарниров в зависимости от обобщенной координаты – угла кривошипа (l1) за один его оборот. Аналитические выражения угловых скоростей и ускорений подвижных звеньев были получены на основе дифференцирования по обобщенной координате выражений для соответствующих углов. На их основе были получены выражения для линейных скоростей и ускорений центров масс звеньев. Как геометрический, так и кинематический анализы МО были выполнены на основе метода векторных контуров. Для проверки правильности расчета кинематические характеристики определялись также по известным методам численного дифференцирования. Силовой анализ МО выполнялся по группам Ассура в обратном порядке, с учетом влияния сил и моментов инерции, действующих на звенья. По результатам силового анализа были определены реакции в шарнирах МО, а затем и потери на трение. Предварительный анализ показал, что инерционные характеристики маховика и связанного с ним вентилятора оказывают существенное стабилизирующее влияние на колебание угловой скорости кривошипа за цикл. В последствии стендовые исследования уровня вибронагруженности системы очистки подтвердили правильность допущения о незначительности влияния колебания частоты вращения ведущего звена на кинематические и силовые параметры МО.
Программные модули для кинетостатического анализа были выполнены вначале в среде MathCAD, затем – TurboPascal на ПЭВМ типа IBM PC. Программный комплекс может быть использован для аналитических исследований МО аналогичной структуры. Программные модули могут при необходимости дополняться и составляют основу для программы параметрического синтеза.
В результате испытаний образцов зерноуборочного комбайна КЗС-7 было установлено, что для МО главный вектор сил инерции составляет около 1100Н, а главный момент тех же сил относительно центра масс достигает 806Нм. Центр масс МО описывает криволинейную фигуру, максимальные размеры которой в продольном и вертикальном направлениях составляют соответственно не более 3.97мм и 3.85 мм. Записанные в ходе эксперимента виброперемещения корпуса ОНП, индуцированные частично уравновешенным МО в продольном и вертикальном направлениях, составили соответственно 0.051 и 0.049 мм.
Отличие данной работы от выполненных ранее состоит в аналитической постановке задачи, проверенной на адекватность в процессе стендовых испытаний МО, в её современной программной реализации, позволивших за короткое время выполнить многовариантный кинетостатический анализ МО. Эффективность проведенных исследований подтверждена надёжной работой механизмов очистки как в зерноуборочном комплексе КЗР-10, так и на монокомбайнах КЗС-10 и КЗС-7.




6. Обоснование модернизации очистки комбайна КЗС-7.

Существующая практика создания и исследования приводов машин связана с оценкой нагруженности элементов системы и последующего их расчета на усталостную прочность и износ. В этой связи особенно важным является наиболее правильное представление нагрузочного режима и уровня максимальных динамических воздействий, что в конечном итоге определяет материалоемкость и энергопотребление исследуемых и проектируемых машин.
Для решения рассматриваемой проблемы большое значение имеет оценка динамических свойств с учетом характеристики приводного двигателя, выбор правильной математической модели и параметров самого машинного агрегата.
Обычно конструкции классических систем очистки используют два последовательно установленных один за другим решета, массы которых ориентировочно составляют 90…150 кг. Чтобы обеспечить их равномерное движение от некоторого двигателя, вначале устанавливают кривошипо-рычажный механизм, ведомый элемент которого совершает колебательное движение, передаваемое на подвешенные по типу маятников решета.
При эксплуатации в приводе возникают различного рода динамические явления, обусловленные в первую очередь: запуском двигателя, инерционными характеристиками механизмов и их изменением по углу поворота ведущего звена каждого из них, зазорами и податливостью элементов системы. Кроме того определенное влияние оказывает состав и физико-механические свойства перерабатываемой технологической массы.
В связи с этим возникает необходимость определения наиболее оптимальных параметров элементов динамических систем с целью уменьшения энергоемкости рабочего процесса и нагруженности привода для системы механизмов с нелинейными инерционными параметрами.