Моделирование процесса колебаний штанги с независимой маятниковой навеской и системой стабилизации в вертикальной плоскости

Постоянное совершенствование конструкций полевых опрыскивателей, направленное на повышение производительности путем увеличения рабочей ширины захвата, требует особого подхода к обеспечению надежности несущей конструкции штанги и качества выполнения технологического процесса. Актуальным остается вопрос колебаний штанги, возникающих при копировании ходовыми системами неровностей поля и резкими изменениями скорости движения агрегата. На стадии проектирования несущих конструкций штанг особое внимание уделяется обоснованию ее геометрических параметров в продольном и поперечном сечениях; исследованиям изменения характеристик колебаний в вертикальной и горизонтальной плоскостях с учетом способа подвешивания штанги и используемой системы ее стабилизации. Это позволяет обеспечить надежность конструкции штанги и требуемое качество выполнения технологического процесса. В статье предложена конструкция независимой маятниковой подвески штанги на раму опрыскивателя и система ее стабилизации, основанная на использовании демпферных элементов. Для нее разработана последовательность проведения аналитических исследований процесса колебаний штанги в зависимости от начальных условий, параметров и характеристик используемых демпфирующих элементов, при которых обеспечивается эффективное их гашение. Показано, что при определенных числовых значениях геометрических параметров штанги, способа навешивания и гашения ее колебаний происходит изменение не только числовых значений функций, но и самих функций, описывающих процесс движения штанги в вертикальной плоскости, включая случаи резонанса. Полученные теоретические результаты могут быть использованы при конструировании и испытаниях машин со штанговыми рабочими органами и позволяют на стадиях проектирования смоделировать процесс движения различных конструкций штанг от возникающих внешних возбуждающих сил и определить закономерности изменения характеристик затухающих колебаний при использовании различных демпфирующих элементов и параметрах их установки.

штанга, колебания, амплитуда, сила, энергия, параметры, условия, штанговые рабочие органы, штанговые опрыскиватели, машиностроение

1. Защита растений в устойчивых системах землепользования : учеб.-практ. пособие по защите растений : в 4 кн. / Д. Шпаар [и др.] ; под общ. ред. Д. Шпаара ; Федер. м-во по защите прав потребителей продовольствия и сел. хоз-ва Федератив. Респ. Германии. – Минск : [б. и.], 2004. – Кн. 4. – 346 с.

2. Крук, И. С. Равномерность внесения средств химизации и механизмы ее обеспечения в конструкциях современных штанговых машин / И. С. Крук // Актуальные проблемы повышения квалификации и переподготовки кадров агропромышленного комплекса : докл. Междунар. науч.-практ. конф., Минск, 24–26 нояб. 2010 г. : в 2 ч. / Белорус. гос. аграр. техн. ун-т [и др.] ; ред.: Н. В. Казаровец [и др.]. – Минск, 2010. – Ч. 2. – С. 67–72.

3. Крук, И. С. Повышение эффективности химической защиты овощных культур усовершенствованием навески и системы стабилизации штанги сельскохозяйственного опрыскивателя / И. С. Крук, А. И. Гайдуковский //Овощеводство : сб. науч. тр. / Науч.-практ. центр Нац. акад. наук Беларуси по картофелеводству и плодоовощеводству, Ин-т овощеводства. – Минск, 2008. – Т. 15. – С. 215–222.

4. Крук, И. С. Использование независимой навески и системы стабилизации штанги в конструкциях сельскохозяйственных опрыскивателей / И. С. Крук, А. И. Гайдуковский // Экология и сельскохозяйственная техника : материалы 6-й Междунар. науч.-практ. конф., Санкт-Петербург, 13–14 мая 2009 г. : в 3 т. / Сев.-Зап. науч.-исслед. ин-т механизации и электрификации сел. хоз-ва ; междунар. науч. ком.: Ю. Ф. Лачуга (пред.) [и др.]. – СПб., 2009. – Т. 2 : Экологические аспекты производства продукции растениеводства, мобильной энергетики и сельскохозяйственных машин. – С. 191–197.

5. Озолс, Я. Г. Анализ факторов, влияющих на качество работы штанговых опрыскивателей / Я. Г. Озолс // Исследование динамики штанговых опрыскивателей : сб. ст. / редкол.: Я. Г. Озолс, К. Э. Вартукаптейнис. – Елгава, 1987. – С. 18–33. – (Труды / Латв. с.-х. акад. ; вып. 239).

6. Вартукаптейнис, К. Э. Обоснование параметров и элементов конструкции штанговых опрыскивателей : дис. ... канд. техн. наук : 05.20.01 / К. Э. Вартукаптейнис. – Елгава, 1984. – 253 л.

7. Вікович, І. А. Конструкції і динаміка штангових обприскувачів / І. А. Вікович. – Львів : Нац. ун-т «Львів. політехніка», 2003. – 458 с.

8. Вiкович, I. А. Розрахунок маятниково-пружинної системи віброзахисту великогабаритних навісних елементів колісних машин / I. А. Вiкович, Б. М. Дiвеєв // Вісник Державного університету «Львівська політехніка» : зб. наук. пр. / Держ. ун-т «Львів. політехніка». – Львів, 1999. – № 371 : Оптимізація виробничих процесів і технічний контроль у машинобудуванні і приладобудуванні. – С. 86–92.

9. Викович, И. А. Колебания простой маятниковой штанги опрыскивателя при кинематическом возбуждении / И. А. Викович // Вестник Львовского политехнического института : сб. ст. / редкол.: Р. С. Курендаш (отв. ред.) [и др.]. – Львов, 1988. – № 220 : Динамическая прочность машин и приборов. – С. 12–15.

10. Оценка подвесок штанг опрыскивателей, применяемых в Латвийской ССР / Я. Г. Озолс [и др.] // Динамика и надежность сельскохозяйственных машин : сб. ст. / редкол.: Я. Озолс [и др.]. – Елгава, 1982. – C. 3–7. – (Труды / Латв. с-х. акад. ; вып. 202).

11. Марковский, М. Г. Обоснование кинетической и потенциальной энергии при движении штангового опрыскивателя в поперечно-вертикальной плоскости / М. Г. Марковский // Конструирование, использование и надежность машин с.-х. назначения. 2017. – № 1 (16). – С. 179–183.

12. Марковский, М. Г. Гашения энергии колебаний штанги полевого опрыскивателя / М. Г. Марковский // Конструирование, использование и надежность машин с.-х. назначения. – 2017. – № 1 (16). – С. 184–191.

13. Орехова, Г. В. Обоснование диссипативной энергии и обобщенных сил при движении штангового опрыскивателя в поперечно-вертикальной плоскости / Г. В. Орехова // Конструирование, использование и надежность машин с.-х. назначения. – 2017. – № 1 (16). – С. 191–197.

14. Кузнецов, В. В. Обоснование способа гашения энергии колебаний штанги полевого опрыскивателя / В. В. Кузнецов // Сб. науч. тр. Ин-та энергетики и природопользования / Брян. гос. аграр. ун-т ; ред. совет: Д. А. Безик [и др.]. – Брянск, 2017. – С. 93–100.

15. Кузнецов, В. В. Разработка гасителя колебаний экспериментальной штанги полевого опрыскивателя / В. В. Кузнецов // Конструирование, использование и надежность машин с.-х. назначения. – 2016. – № 1 (15). – С. 105– 109.

16. Дзенис, А. А. Подвеска штанги опрыскивателя с пространственной виброизоляцией / А. А. Дзенис, А. О. Силниекс // Исследование динамики штанговых опрыскивателей : сб. ст. / редкол.: Я. Г. Озолс, К. Э. Вартукаптейнис. – Елгава, 1987. – С. 50–57. – (Труды / Латв. с.-х. акад. ; вып. 239).

17. Крук, И. С. Теоретические исследования колебаний жестко закрепленной на остове опрыскивателя штанги / И. С. Крук, Ю. С. Биза, А. Е. Маркевич // Инженер. вестн. – 2007. – № 1 (23). – С. 82–84.

18. Исследование процесса колебаний штанги опрыскивателя в вертикальной плоскости с учетом изгиба ее конструкции / Ю. С. Биза [и др.] // Инженер. вестн. – 2007. – № 2 (24). – С. 73–77.

19. Особенности расчета элементов системы стабилизации штанги при одновременном наезде колес опрыскивателя на препятствие / Ю. С. Биза [и др.] // Инженер. вестн. – 2008. – № 2 (26). – С. 70–72.

20. К обоснованию использования амортизаторов для обеспечения плавности хода штанги сельскохозяйственного опрыскивателя / Ю. С. Биза [и др.] // Инженер. вестн. – 2010. – № 1 (29). – С. 41–43.

21. Пановко, Я. Г. Основы прикладной теории колебаний и удара / Я. Г. Пановко. – 3-е изд., доп. и перераб. – Л. : Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1976. – 320 с.

22. Тимошенко, С. П. Колебания в инженерном деле / С. П. Тимошенко, Д. Х. Янг, У. Уивер ; пер. с англ. Л. С. Корнейчука ; под ред. Э. И. Григолюка. – М. : Машиностроение, 1985. – 472 с.

23. Яблонский, А. А. Курс теории колебаний / А. А. Яблонский, С. С. Норейко. – Изд. 2-е, перераб. и доп. – М. : Высш. шк., 1966. – 255 с.

24. Вікович, І. А. Вплив коливань штанги на рівномірність обприскування / І. А. Вікович // Вісник Державного університету «Львівська політехніка» : зб. наук. пр. / Держ. ун-т «Львів. політехніка». – Львів, 1999. – № 376 : Динаміка, міцність та проектування машин і приладів. – С. 11–14.

25. Рыбак, Т. И. Методы оценки несущей способности и долговечности машин для химической защиты в растениеводстве / Т. И. Рыбак ; Акад. наук УССР, Ин-т приклад. пробл. механики и математики. – Киев : Наук. думка, 1985. – 231 с.