3.8. Силовий розрахунок паралелограмного механізму культиватора
При виконанні силового розрахунку необхідно розрахувати рівномірність ходу робочої секції відносно поля. Для цього необхідно розрахувати реакції, які виникають паралелограмній підвіски для трьох випадків:
- опірне колесо наїжджає на бугор до 10 см, а додаткове не торкається поверхні поля;
- додаткове колесо наїжджає на нерівність, опірне знаходиться в повітрі;
- нормальний хід секції, два колеса торкаються поверхні поля.
Розглянемо кожен з випадків (рис. 3.11):
а) N2 = 0, реакції додаткового колеса.
Рис. 3.11. Сили які діють на секцію під час ходу по поверхні поля
N1 – реакція опорного колеса;
N2 – реакція додаткового копіювального колеса;
Y1, Y2 – реакції в стрижнях паралелограма;
Rу ,Rх - складові R – питомого опору ґрунту; R = 1,32кН; R = 0,32кН;
α = 150 – кут нахилу паралелограмної підвіски до горизонту.
Складаємо рівняння рівноваги системи:
∑X = 0:
N1
– Rx
– Gc
– Y1
· sin
- Y2
· sin
=
0; (3.17)
∑Y = 0:
Ry
+ Y1
· cos
+ Y2
· cos
=0;
(3.18)
∑MB
= 0: Ry
· 0,09 - Rx
· 0,75 – Gc
· 0,81 - Y1
· sin
· 0,21 –
-
Y1
· cos
·
0,541-
Y2
· sin
· 0,21 - Y2
· cos
· 0,373 = 0.(3.19)
;
(3.20)
Ry
· 0,09 - Rx
· 0,75 – Gc
· 0,81 – (
)
·
sin
· 0,21 –
-
(
)
·
cos
· 0,541- Y2
· sin
· 0,21 - Y2
· cos
· 0,373 = 0;
(3.21)
(
)
·
sin
· 0,21 +(
)
·
cos
· 0,541+
+
Y2
· sin
· 0,21 + Y2
· cos
· 0,373 = Ry
· 0,09 - Rx
· 0,75 – Gc
· 0,81 =
1,32 · 0,09 – 0,32 · 0,75 – 0,6 · 0,81 = - 0,607;
(
)
·
(sin
· 0,21 + Y1
· cos
· 0,541) + Y2
· sin
· 0,21 + Y2
· cos
;
(-
Ry
- Y2
· cos
)
·
(0,577)
·
cos
+ Y2
· sin
·
0,21
·
cos
+ Y2
· cos
· 0,373
·
cos
= - 0,607· cos
;
(-
Ry
- Y2
· cos
)
·
(0,577) + Y2
· sin
·
0,21
·
cos
+ Y2
· cos
· 0,373
·
cos
= - 0,586;
-
0,735 - Y2
· cos
· 0,577 + Y2
· sin
·
0,21
·
cos
+ Y2
· cos
· 0,373
·
cos
= - 0,586;
-
Y2
· cos
· 0,577 + Y1
· sin
·
0,21
·
cos
+ Y2
· cos
· 0,373
·
cos
=
- 0,586 + 0,735;
Y2
·
( - cos
· 0,577 + sin
·
0,21· cos
+ cos
· 0,373 · cos
)
= 0,149;
Y2 · ( - 0,138 ) = 0,149;
Y2 = - 1,08 кН;
=
- 0,286
кН;
N1
=
Rx
+ Gc
+ Y1
· sin
+ Y2
· sin
;
(3.22)
N1
= 0,32 +
0,6 – 0,286 · sin
- 1,08· sin
=
0,566
кН.
Звідси можна зробити висновок, що два стрижня підвіски працюють в цьому випадку на розтяг.
Рівняння рівноваги системи при N1 = 0:
∑X = 0:
N1
– Rx
– Gc
– Y1
· sin
- Y2
·sin
= 0;
(3.23)
∑Y = 0:
Ry
+ Y1
· cos
+ Y2
· cos
= 0; (3.24)
∑MB
= 0: Gc
· 0,4 + Rx
· 0,46 + Ry
· 0,09 - Y1
· cos
· 0,541+
+
Y1
· sin
· 0,79- Y2
· cos
· 0,373 + Y2
· sin
· 0,79 = 0. (3.25)
;
(3.26)
Gc
· 0,4 + Rx
· 0,46 + Ry
· 0,09 - (
)
·
cos
· 0,541 +(
)
·
sin
· 0,79- Y2
· cos
· 0,373 + Y2
· sin
· 0,79 = 0;
(
)
·
cos
· 0,541 -(
)
·
sin
· 0,79 + Y2
· cos
· 0,373 - Y2
· sin
· 0,79 = Gc
· 0,4 + Rx
· 0,46 + Ry
· 0,09;
(
)
·
(cos
· 0,541 - sin
· 0,79) + Y2
· cos
· 0,373 -Y2
· sin
· 0,79 = 0,6 · 0,4 + 0,32 · 0,46 + 1,32 · 0,09;
(
)
·
(0,318) · cos
+
Y2
· cos
· 0,373 · cos
- sin
· 0,79 · cos
;
(-
1,32 - Y2
· cos
)·(0,307)+Y2
· cos2
· 0,373 - Y2
· sin
·0,79·
cos
=
0,506;
0,405
- Y2·cos
· 0,373 + Y2
· cos2
· 0,373 - Y2
· sin
· 0,79· cos
= 0,506;
Y2
·(
- cos
· 0,373 · cos2
· 0,373 - sin
· 0,79· cos
) = 0,911;
Y2 · (0,147) = 0,911;
Y2 = 6,79 кН;
=
- 8,16кН;
- N2 = 0,566кН.
Звідси робимо висновок, що в цьому випадку на регулювальний гвинт буде найбільше зусилля на стискання.
Розраховуємо реакції для третього випадку.
в) N1 = N2
∑X = 0:
N1
+ N1
-
Rx
– Gc
– Y1
· sin
- Y2
·sin
= 0; (3.27)
∑Y = 0:
Ry
+ Y1
· cos
+ Y2
· cos
= 0; (3.28)
;
(3.29)
Рівняння рівноваги:
N1
+ N1
-
Rx
– Gc
– (
)
·
sin
- Y2
·sin
= 0; (3.30)
(
)
·
sin
+ Y2
· sin
= N1
+ N1
-
Rx
– Gc;
(3.31)
(-
Ry
- Y2
· cos
)
·
sin
·
cos
+ Y2
·sin
· cos
= - 0,354 · cos;
(-
Ry
- Y2
· cos
)
·
0,25 + Y2
· 0,25 = - 0,342;
-
0,33 - Y2
· cos
· 0,25 + Y2
· 0,25 = - 0,342;
Y2
( - cos
· 0,25 + 0,25 )
= - 0,012;
Y2 (0,0085) = - 0,012;
=
- 0,43
кН;
N1 = 0,283; N2 = 0,283.
В цьому випадку реакції будуть направлені в різний бік. Після визначення реакції переходимо безпосередньо до визначення рабочего ходу штока стяжной гайки. Для цього будуємо дві кінематичні схеми: опорне колесо на бугрі та додаткове колесо на бугрі.
ав – АВ = 2 мм ·10 = 20 мм – максимальна довжина розтягання.
АВ – ав = 38 – 35 = 3 · 10 = 30 мм – максимальне стиснення стяжного гвинта.
20 + 30 = 50 мм – робочий хід штока.
Якщо відомо максимальне зусилля Y1 = 8,16 кН і робочій хід штока 50 мм, можна розрахувати силову пружину.
Попередньо задаємо значення індекс пружини С = 10.
Визначаємо коефіцієнт k;
(3.32)
Із умов попередньо обираємо величину середнього діаметра пружини D = 30мм. Задаючись значенням допустимого напруження 4000 кг/см, визначаємо діаметр дроту:
;
(3.33)
Найдене значення приведене до найближчого великого значення. Приймаємо d = 3 мм. Перевіряємо попередню оцінку індексу пружини З = D/d = 30/3 = 10/3 = 10. Визначаємо необхідне значення одержання заданого прогину λ число робочих гвинтів: λ = 30 мм;
;
(3.34)
де G – модуль зрушення (G = 8 · 105кгс/мм);
;
(3.35)
Приймаємо i = 11,0 - число робочих гвинтів.
Визначаємо довжину пружини в стислому стані:
Lсж = tсж ( i – 2 ) + d (iОП + 1); (3.36)
де tсж = d + S – кількість витків у стислому стані (S = 0,5мм);
tсж = 3,5мм; іоп – число опорних витків іоп = 3;
Lсж = 3,5 · ( 18,5 – 2 ) + 3 · (3 + 1) = 43,605мм;
Довжина пружини у вільному стані:
L = Lсж + λ = 43,605 + 30 = 73,605мм;
Визначаємо крок робочих витків у вільному стані:
;
(3.37)
приймаємо t = 7.
Після проведених розрахунків діаметр пружини дорівнює D = 30 мм; діаметр дроту 3 мм; довжина пружини у вільному стані L = 74 мм.