V-belt transmissions of agricultural machines



Cite item

Abstract

The article is devoted to the analysis of design features and operating conditions of V-belt transmissions of agricultural machinery. When designing these gears, it is recommended to give preference to gears made according to an open circuit or with a tension roller located outside the belt contour, to avoid cross and semi-cross gears, as well as multi-pulley gears with crossing shaft axles. To make the wider use of more progressive types of belts. It was shown that the features of V-belt transmissions of agricultural machinery require clarification of the methods for calculating transmissions with progressive types of V-belts and automatic belt tensioning methods. It was noted that special attention should be paid to transmissions with multi-profile belts, which calculation has not been sufficiently reflected in domestic regulatory documents. The advantages of such belts are especially noticeable under variable and shock loading. Based on the analysis, the recommendations for clarifying the calculation of belt drives with multi-profile belts were given. Analytical dependencies are proposed for determining the value of the nominal power transmitted by one belt (stream) of a multi-profile belt, allowing automation of the calculation of V-belt transmissions of agricultural machinery. For gears with a tension or guide roller that add an extra (sometimes reverse) bend of the belt, it is proposed to determine the coefficient taking into account different degrees of bending on the pulleys according to a graph built taking into account the linear hypothesis of summation of damages. It is recommended to calculate gears with spring-loaded tensioning rollers and design tensioning devices for such transmissions using a special method that takes into account the belt tensioning method. At the same time, the required value of the pre-tension of the belt can be significantly reduced, which will have a positive effect on its resource, without losing the traction capacity of the transmission itself. Expressions are given for finding the value of the pre-tension of belts, both for gears with tension due to the elasticity of the belt, and for gears with spring-loaded tension rollers. Conclusions and directions for further research are formulated.

Full Text

Введение Клиноременные передачи самые распространенные из всех механических передач, применяемых в сельскохозяйственном машиностроении. Им присущи следующие конструктивные особенности и условия эксплуатации: значительные, до 8 метров, межосевые расстояния; сложность плоских и пространственных контуров, когда один ведущий шкив приводит в движение несколько ведомых; применение шкивов с минимально допустимыми диаметрами шкивов; необходимость использования натяжных или направляющих роликов, добавляющих лишний перегиб ремня, что уменьшает ресурс ремня; использование ременных передач для включения и выключения рабочих органов; обеспечение бесступенчатого регулирования частот вращения рабочих органов; непостоянство передаваемых нагрузок, иногда превышающих номинальные в несколько раз или имеющих ударный характер; малая жесткость валов и подшипниковых опор шкивов; значительные колебания температуры окружающей среды; воздействие на ремни солнечной радиации; повышенная запыленность и возможность попадания между ремнем и шкивом достаточно крупных частиц растений или почвы, а иногда и горюче смазочных материалов; необходимость использования сдвоенного ремня шестигранного сечения для многошкивных передач с противоположным направлением вращения валов; сезонность эксплуатации сельскохозяйственных машин, вследствие чего срок службы ремней растягивается на несколько лет, и требует определенных условий хранения ремней в межсезонье. Цель исследований Разработка рекомендаций и уточнение методик расчета ременных передач сельскохозяйственных машин с различными способами натяжения и прогрессивными видами ремней. Материалы и методы Наибольшее распространение в сельскохозяйственных машинах получили клиноременные передачи: клиновым ремнем нормального и узкого сечений, многопрофильным ремнем, широким вариаторным ремнем и сдвоенным ремнем шестигранного сечения. Их применяют при мощностях до 200 кВт. Расчет перечисленных передач общепромышленного применения, приведенный в [1], не учитывает некоторые особенности клиноременных передач сельскохозяйственных машин [2, 3]. При конструировании последних следует отдавать предпочтение передачам, выполненным по открытой схеме или с натяжным роликом, расположенным вне контура ремня, избегать перекрестные и полуперекрестные передачи, а также многошкивные передачи с перекрещивающими осями валов. Шире использовать более прогрессивные виды ремней. Целесообразно применять автоматическое натяжение ремней, пропорциональное передаваемой нагрузке, например, с помощью подпружиненных натяжных роликов, что позволяет увеличить ходимость ремней в 1,3...1,5 раза и в 1,5...2 раза тяговую способность передачи по сравнению с натяжением ремня за счет упругости [4]. Для предотвращения потери контакта натяжного шкива с ремнем во время работы, натяжные устройства передач с подпружиненными шкивами мобильных машин необходимо демпфировать, устанавливая гасители колебаний. Особое внимание следует уделять передачам многопрофильными ремнями (рис. 1), расчет которых не нашел достаточного отражения в отечественных нормативных документах [5, 6]. Их применяют взамен комплекта одиночных ремней. Многопрофильные ремни представляют собой несколько (от 2 до 6) ремней нормального или узкого сечения, соединенных по верхнему основанию резинотканевой связующей пластиной. Такая конструкция обеспечивает более равномерное распределение нагрузки между всеми работающими ремнями и одинаковое их натяжение, исключая тем самым циркуляцию паразитной мощности. Отсутствие последней приводит к повышению срока службы ремней и КПД передачи. Преимущества таких ремней особенно заметно проявляются при переменной и ударной нагрузке. Поэтому многопрофильные ремни применяют в приводах, выполняющих функции муфт сцепления, натягивая ремень или ослабляя его с помощью натяжного ролика (ленникса), как правило подпружиненного. Применение многопрофильных ремней исключает такой характерный для одиночных ремней вид отказа, как переворачивание ремня в канавке шкива. ТУ 38.405258-79 предусмотрены следующие типоразмеры многопрофильных ремней: R/O(Z), R/A, R/Б(В), R/B(C), R/Г(D), R/УО(SPZ), R/УА(SPA), R/УБ(SPB) и R/УВ(SPC). Для сельскохозяйственных машин многопрофильные ремни выпускают по ТУ 38.105 1998-91 [6] (рис. 1, табл. 1). Рис. 1. Конструкция и размеры сечения многопрофильного клинового ремня: - высота профиля ремня; - ширина ремня по большему основанию; - расчетная ширина ремня; - шаг многопрофильного ремня Fig. 1. The design and dimensions of the cross-section of the multi-profile V-belt: - height of the belt profile; - width on a larger base; - estimated belt width; - pitch of the multi-profile belt Таблица 1 Размеры многопрофильных ремней по ТУ 38.1051998-91 Table 1. Dimensions of multi-profile belts according to TU 38.1051998-91 Обозна чение сечения Размер, мм Площадь сечения , мм2 Масса 1 м длины , кг/м Минимальный диаметр шкивов, , мм R/HB R/SPC 14,85 19 16,7 21,3 13 21 19,05 25,5 193 362 0,255 0,464 125 250 Результаты и обсуждение Расчет основных видов ременных передач, приведенный в [1], с некоторой корректировкой может быть рекомендован для расчета ременных передач сельскохозяйственных машин. При этом коэффициент динамичности и режима работы следует выбирать по табл. 2. Таблица 2 Коэффициенты динамичности нагрузки и режима работы и перегрузки Table 2. Dynamic factors of load and mode of operation and overload Режим работы Типы машин и агрегатов сельхозмашин Характер нагрузки Электродвигатель переменного и постоянного тока Двигатель внутреннего сгорания Число смен работы ремней 1 2 3 1 2 3 Легкий I Спокойная нагрузка; кратковременная перегрузка до 120% 1,2 1,0 1,1 1,4 1,1 1,2 1,5 Средний II Умеренные колебания; кратковременная перегрузка до 150% 1,5 1,1 1,2 1,5 1,2 1,4 1,6 Тяжелый III Значительные колебания; кратковременная перегрузка до 200% 2,0 1,2 1,3 1,6 1,3 1,5 1,7 Типы машин и агрегатов сельхозмашин: I - равномерно вращающиеся роторы, ленточные и цепочнопланчатые элеваторы, клавишные соломотрясы, шнековые питатели, подборщики стеблей, вентиляторы очистки, гидронасосы, погрузчики тюков, плющилки, свеклоподъемники. II - мотовило, шнеки жаток, грохоты, гидростатическая передача, питающие транспортеры, легкие ротационные почвообрабатывающие органы; приводы ходовой части самоходных машин. III - молотильные барабаны, режущие аппараты, измельчители стеблей, вентиляторы измельченной массы, прессы для соломы (сена), разбрасыватели удобрений, тяжелые грохоты и ротационные почвообрабатывающие органы. Расчетную передаваемую мощность для многопрофильных ремней находят по формуле (1). , кВт, (1) где - номинальная передаваемая мощность, кВт. Номинальную мощность, которую может передать один ремень (ручей) многопрофильного ремня, следует находить по модифицированным зависимостям, предложенным в [1]: · для ремней R/HB , кВт (2) · для ремней R/SPC , кВт (3) где - площадь поперечного сечения одного ремня, мм2; - скорость ремня, м/c; - расчетная длина ремня, м; - расчетная ширина ремня, мм; - расчетный диаметр меньшего шкива, мм; - коэффициент, учитывающий разную степень изгиба на малом и большом шкивах. Коэффициент , учитывающий разную степень изгиба на малом и большом шкивах, установленный на основе линейной гипотезы суммирования повреждений, для двух шкивной передаче согласно может быть определен по формуле (4). (4) Рис. 2. Коэффициент, учитывающий разную степень изгиба на малом и большом шкивах для передачи с роликом Fig. 2. Factor taking into account different degrees of bending on small and large pulleys for roller transmission Для передач с натяжным или направляющим роликом, добавляющих лишний (иногда обратный) перегиб ремня, коэффициент следует назначать по рис. 2. Кривая построена также с учетом линейной гипотезы суммирования повреждений [7]. В этом случае выражения (2) и (3) также потребуют корректировки, как это показано в работе [7]. Необходимое число ремней (ручьев) многопрофильного ремня находят по формуле (5) . (5) Если , то необходимое число ручьев многопрофильного ремня уточняют по формуле (6) с округлением до целого числа в большую сторону , (6) где - коэффициент, учитывающий число комплектов многопрофильных ремней. Число комплектов многопрофильных ремней 2...3 4...6 > 6 0,95 0,9 0,85 Рекомендуют следующие сочетания комплектов многопрофильных ремней: Общее число ремней (ручьев) 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Комбинации комплектов 6 или 3/3 3/4 4/4 5/4 5/5 4/3/4 4/4/4 4/5/4 5/4/5 5/5/5 4/4/4/4 Величину предварительного натяжения всего комплекта ремней определяют [2]: · для передач с натяжением за счет упругости ремня , Н (7) · для передач с подпружиненными натяжными шкивами , (8) где - коэффициент, учитывающий влияние угла обхвата; - минимальный угол обхвата рабочих шкивов передачи; - коэффициент, учитывающий кратковременные перегрузки [2]; - коэффициент перегрузки по табл. 2; ( и - предельный и оптимальный коэффициенты тяги соответственно) - коэффициент запаса по тяговой способности. Для ремней в обертке [2]. Уточненный расчет передач с подпружиненными натяжными роликами и проектирование натяжных устройств таких передач следует проводить по методике, предложенной в работе [8]. При этом необходимая величина предварительного натяжения ремня может быть значительно снижена, что положительно скажется на его ресурсе, без потери тяговой способности самой передачи [9, 10]. Выводы 1. Показано, что конструктивные особенности и условия эксплуатации ременных передач сельскохозяйственных машин требуют уточнения методик их расчёта. 2. Величину номинальной мощности, которую может передать один ремень (ручей) многопрофильного ремня, целесообразно определять по предложенным модифицированным зависимостям. 3. Для передач с подпружиненными натяжными роликами величину предварительного натяжения ремня следует значительно уменьшить. 4. Необходимо откорректировать методики расчета клиноременных передач сельскохозяйственных машин применительно к различным способам натяжения ремней.
×

About the authors

N. P Balovnev

Moscow Polytechnic University

Email: dmbalovnev@mami.ru
PhD in Engineering Moscow, Russia

Y. I Brovkina

Moscow Polytechnic University

PhD in Engineering Moscow, Russia

L. A Dmitrieva

Moscow Polytechnic University

Moscow, Russia

References

  1. Пронин Б.А., Баловнев Н.П., Жуков К.П. Ременные передачи. Машиностроение. Энциклопедия. Том IV-1. Детали машин. Конструкционная прочность. Трение, износ, смазка. М.: Машиностроение, 1995. С. 606-631.
  2. Баловнев Н.П. Анализ методов расчета клиноременных передач. В сб. Агрегатирование и приводы сельскохозяйственных машин. М.: НПО ВИСХОМ, 1985. С. 60-71.
  3. Флик Э.П., Баловнев Н.П., Вяткин А.А., Бассаман А.Е. Ускоренные испытания механических приводов зернокомбайнов на автономных стендах. Тракторы и сельхозмашины. 1987. № 9. С. 22-25.
  4. Флик Э.П. Механические приводы сельскохозяйственных машин. М.: Машиностроение, 1984, 266 с.
  5. ГОСТ 1284.3-96. Ремни приводные клиновые нормальных сечений. Передаваемые мощности.
  6. ТУ 38.105 1998-91. Ремни приводные клиновые зернокомбайнов «ДОН» и других сельскохозяйственных машин. Технические условия.
  7. Баловнев Н.П., Вавилов П.Г. О совершенствовании индивидуальной системы электроснабжения пассажирских вагонов. Тяжелое машиностроение. 2009. №. С. 35-39.
  8. Баловнев Н.П., Дмитриева Л.А. Расчет клиноременных передач сельхозмашин с автоматическим натяжением ремня. Тракторы и сельхозмашины. 2014. № 9. С. 39-41.
  9. Баловнев Н.П., Дмитриева Л.А., Семин И.Н. Экспериментальная оценка тяговой способности ременных передач с различными способами натяжения ремня. Известия московского государственного университета МАМИ. 2012. Т. 1. № 2(14). С. 23-29.
  10. Баловнев Н.П., Дмитриева Л.А., Семин И.Н. Результаты сравнительных испытаний клиноременных передач с различными способами натяжения ремней. Автомобильная промышленность. 2013. № 5. С. 19-21.

Copyright (c) 2021 Balovnev N.P., Brovkina Y.I., Dmitrieva L.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

 СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: ПИ № ФС 77 - 81900 выдано 05.10.2021.


This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies