ПЕРЕДАЧА В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИНАХ

ПЕРЕДАЧА В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИНАХ. В сельскохозяйственной машине следует различать: а) приёмник кинетической энергии, подаваемой двигателем (ходовое колесо, шкив, карданный вал, рукоятка); б) передачи или механизмы, применяемые для передачи энергии двигателя рабочим органам машины. Передачи или механизмы могут изменять вид, скорость и направление движения, передаваемого от приёмника к рабочим органам; в) рабочие органы машины, посредством к-рых машина, за счёт полученной энергии, воздействуя на обрабатываемый материал, выполняет технологический процесс (соломорезки, молотильные барабаны, решёта очисток и пр.). Механизмы могут служить также для управления с.-х. орудием или машиной, установки рабочих органов или регулировки их, перевода орудия или машины из рабочего положения в транспортное, и обратно.

Основными типами передач, применяемыми в с.-х. машинах, являются: а) шарнирно-рычажные механизмы; б) зубчатые передачи; в) червячные передачи; г) храповые механизмы; д) универсальные (пространственные) шарниры; е) кулачковые механизмы; ж) ремённые передачи; з) цепные передачи. Ко всем механизмам и передачам предъявляется требование определённости движения ведомого звена при определённом движении ведущего звена.

Рис. 1. Четырёхзвенный шарнирный механизм

Шарнирнорычажные механизмы. Наиболее распространёнными в с.-х. машинах являются плоские шарнирно-рычажные механизмы,т. е. такие, у к-рых все точки движутся или в одной плоскости или параллельно к.-л. одной плоскости. Для соединения звеньев таких механизмов могут служить цилиндрические шарниры (плоские вращательные кинематические пары) и ползуны с направляющими (поступательные кинематические пары). Из всех плоских шарнирно-рычажных маханизмов с последовательным соединением звеньев только четырёх-звенные механизмы удовлетворяют требованию определённости движения. Неподвижно закреплённое звено 1, 4 четырёхзвенного механизма (рис. 1) называется стойкой. Звено 2, 3, противоположное стойке, называется шатуном. Прилежащее к стойке звено называется кривошипом 1, 2, если оно способно поворачиваться вокруг своей оси вращения 1 на 360°, и коромыслом, или балансиром, если оно способно лишь качаться, поворачиваясь около оси 4 своего вращения на угол меньше 360°. Четырёхзвенные шарнирные механизмы называются или двухкривошипными, или двухкоромысловыми, или кривошипно-коромысловыми (рис. 1), смотря по способности прилежащих к стойке звеньев к тому или иному виду движения. Кривошип возможен только в тех случаях, когда сумма наибольшего и наименьшего из звеньев четырёхзвенного шарнирно-рычажного механизма меньше суммы двух др. его звеньев.

Рис. 2. Конструктивное оформление кривошипного звена

Рис. 3. Параллелограммный механизм

Конструктивно кривошип оформляется различно. Кривошип с пальцем для втулки шатуна ставится лишь на конце вала (рис. 2,а). При необходимости устройства кривошипа в середине вала последний делается коленчатым; его колено является кривошипом механизма (рис. 2,б). Если длина (радиус) кривошипа должна быть очень мала, то кривошипу придают форму эксцентрика (рис. 2,в). С этой целью эксцентрично вращающийся диск охватывается головкой шатуна, носящей название хомута, а радиусом кривошипа является эксцентриситет эксцентрика, т. е. расстояние от его центра до эксцентрично расположенной оси его вращения.

Если противоположные звенья шарнирного четырёх-звенника сделать равными между собой, то получается шарнирный параллелограмм (рис. 3, а). Его шатун перемещается только поступательно, т. е. остаётся параллельным стойке. В мёртвом положении ведомый кривошип может изменить направление вращения на обратное и параллелограммный механизм станет антипараллельным (рис. 3, б). Чтобы избежать этого, в с.-х. машинах применяют соединения нескольких двухкривошипных параллелограммных механизмов, установленных с таким расчётом, чтобы моменты перехода отдельных механизмов через мёртвое положение не совпадали между собой (четырёхклавишные двухвальные соломотрясы, четырёхтрубные барабаны боковых граблей и др.).

Рис. 4. Модификации (видоизменения) четырёхзвенного механизма

Кривошипно-шатунный механизм (рис. 4,а) имеет три шарнира 1, 2 и 3 и ползун 5, движущийся возвратно-поступательно в направляющих 4. Этот механизм получил широкое распространение в хлебоуборочных и др. с.-х. машинах для преобразования вращательного движения кривошипа в возвратно - поступательное движение ножа, к-рый является ползуном. В мощных опрыскивателях применяется кулисный механизм (рис. 4, б), имеющий два шарнира 1 и 2 и два ползуна 3 и 4. Кулисный механизм преобразует вращательное движение кривошипа 1, 2 в возвратно-поступательное движение плунжеров 4. Реже применяется четырёхзвенный механизм (рис. 4, в), имеющий один ползун с подвижной (качающейся) направляющей 2 и три шарнира 1,3,4 (напр., гидравлический подъёмник самоходного комбайна С-4 и др.). В сенокосилках пальцевый брус (направляющая поступательной пары) непрерывно меняет своё положение относительно рамы машины, в к-рой укреплены подшипники кривошипного вала. Поэтому в этих машинах применяется пространственный кривошипно-шатунный механизм (рис. 5), к-рый должен иметь, кроме одного ползуна и направляющей 4, шесть цилиндрических шарниров, т. е. три добавочных шарнира. Из этих последних шарнир 5 предупреждает выламывание шипа шарнира 2, шарнир 6 предупреждает скручивание шатуна, шарнир 7, работая вместе с шарниром 6, делает возможным поворот пальцевого бруса в горизонтальной плоскости. Конструктивно шарниры 3, 6 и 7 изготовляют в виде одного шарового шарнира (пространственной вращательной пары), заменяющего три цилиндрических шарнира.

Рис. 5. Кривошипно-шатунный механизм косилки

Зубчатые передачи. Для передачи вращательного движения между двумя параллельными, близко расположенными валами служат цилиндрические зубчатые колёса (рис. 6, а) (цилиндрические шестерни). Для передачи вращательного движения между двумя пересекающимися валами на них ставятся зубчатые колёса конической формы (рис. 6, б). Такие колёса называются коническими зубчатыми колёсами, или шестернями. Делением числа зубьев z₁ ведущего зубчатого колеса (цилиндрического или конического) на число зубьев z₂ ведомого зубчатого колеса получают передаточное число i зубчатой передачи, к-рое показывает, сколько оборотов делает ведомый вал при одном обороте ведущего

Рис. 6. Зубчатые колёса

Рис. 7. Сложная и последовательная зубчатые передачи (варианты передач овощной сеялки)

В некоторых с.-х. машинах применяется внутреннее зубчатое зацепление (рис. 6, в). При внешнем зацеплении валы вращаются в разные стороны, при внутреннем - в одну и ту же. Износ зубцов при внутреннем зацеплении меньше, чем при внешнем, т. к. усилие распределяется на большее число зубцов. В цилиндрических зубчатках с прямыми зубьями взаимное касание последних происходит по прямой линии, параллельной осям колёс. Для большей плавности и бесшумности зацепления применяются также цилиндрические колёса с косыми зубьями, в к-рых касание зубьев происходит по винтовой линии (рис. 6, г).

Если передачу вращения от ведущего вала к ведомому оказывается невозможным осуществить одной парой зубчаток, то устанавливают промежуточные оси, на к-рые насаживают те или иные зубчатые колёса. Если на промежуточных осях сидят по две жёстко между собой соединённые зубчатки, из к-рых одна является ведомой зубчаткой для предыдущей пары, а другая - ведущей для следующей пары, то такая зубчатая передача называется сложной (рис. 7,а). Передаточное число в сложной передаче равно дроби, числитель к-рой - произведение чисел зубьев ведущих зубчаток, а знаменатель - произведение чисел зубьев ведомых зубчаток. Если на промежуточных осях поставлены одинарные зубчатки, то передача называется последовательной (рис. 7,б). Передаточное число такой передачи равно отношению числа зубьев первой ведущей зубчатки к числу зубьев последней ведомой зубчатки. В последовательной передаче промежуточные зубчатки, называемые паразитными, никакого влияния на передаточное число не оказывают; передача применяется или при больших расстояниях между ведущим и ведомым валами или же с целью изменения направления вращения ведомого вала (при чётном числе зубчаток крайние валы вращаются в противоположные стороны, а при нечётном - в одну сторону).

Рис. 8. Планетарная коробка картофелекопателя: 1 - вилка копателя; 2 - ось вилки; 3 - рабочая зубчатка; 4 - паразитная зубчатка; 5 - неподвижная зубчатка (все зубчатки конические)

Планетарные передачи характеризуются тем, что оси нек-рых зубчаток помещены на рукоятке (так наз. водило) или в коробке, вращающейся вокруг оси неподвижной центральной зубчатки. Примером такой передачи может служить планетарная передача картофелекопателя - швырялки (рис. 8). Зубчатка 5 неподвижна, а коробка вращается (на рис. по часовой стрелке) вокруг геометрической оси этой зубчатки. В коробке установлены оси трёх паразитных и пяти рабочих зубчаток. Паразитные зубчатки, пробегая по зубьям неподвижной зубчатки, вращают против часовой стрелки рабочие зубчатки. Так как число зубьев каждой рабочей зубчатки равно числу зубьев неподвижной зубчатки, то на 1 оборот коробки рабочая зубчатка делает относительно коробки 1 оборот (против часовой стрелки). Двигаясь же вместе с коробкой, каждая рабочая зубчатка тоже за 1 оборот коробки совершает 1 оборот вокруг своей оси по часовой стрелке. В результате сложения этих двух вращений рабочие зубчатки и соединённые с ними вилки-швырялки перемещаются в пространстве, вовсе не вращаясь вокруг своих геометрических осей.

Рис. 9. Червячная передача

Червячные передачи. Червячная передача (рис. 9) служит для передачи вращения между перекрещивающимися (непересекающимися) валами. Её применяют в тех случаях, когда требуется получить очень малое передаточное число (напр., в рулевом управлении) или, наоборот, очень большое (напр., в молочных сепараторах). Червячная передача отличается бесшумностью и плавностью работы. Она состоит из червяка (в виде винта с нарезкой трапециевидного сечения) и червячного колеса с зубцами. Если червяк однониточный, то повороту его на 360° соответствует поворот червячного колеса на один зубец. Если же червяк имеет не одну нитку, а, например, 3, то при одном обороте червяка червячное колесо повернётся на 3 зуба. Передача вращения от червячного колеса к червяку возможна лишь в том случае, когда угол подъёма винтовой линии червяка больше угла трения материала зубца по материалу червяка. Червячная передача с меньшим углом подъёма винтовой линии называется самотормозящей. В ней передача от колеса к червяку невозможна.

Рис. 10. Храповые механизмы: а - механизм тукового ящика комбинированной сеялки; б - храповой автомат плуга. 1 - собачка; 2 - её зуб; 3 - ось вращения собачки; 4 - ролик рычага включения; 5 - ось автомата; 6 - храповик; 7 - его ступица; 8 - диск; 9 - пружина

Храповые механизмы. Для передачи прерывного вращательного движения в к.-л. одном направлении служат храповые механизмы. Эти механизмы применяются в с.-х. машинах в двух случаях: а) для превращения качательного движения в прерывное вращательное; напр., в храповом механизме тукового ящика комбинированной сеялки (рис. 10,а), при качании коромысла 5 - 6 шатуном 2 - 3 от эксцентрика 1 - 2 две собачки а и б поочерёдно ведут храповое колесо с несимметричными зубьями в одном и том же направлении; б) для передачи вращательного движения между деталями, имеющими общую геометрическую ось, напр., в храповом автомате плуга (рис. 10,б) храповик, жёстко соединённый с колесом, поворачивает диск автомата, если зуб собачки диска сцепился с одним из зубьев храповика. Вращение диска прекращается, если зубья расцепились.

Универсальные (пространственные) шарниры (Гука) служат для передачи вращения между двумя пересекающимися валами при переменном угле между ними. Так, они применяются для приведения в движение механизмов прицепных с.-х. машин непосредственно от вала отъёма мощности трактора и пр. Шарнир (рис. 11, а) состоит из двух вилок, жёстко укреплённых на концах соединяемых валов, и крестовин, шипы к-рых входят во втулки вилок. Геометрические оси валов и цилиндрических шарниров пересекаются в одной точке. Каждому обороту ведущего вала соответствует один оборот ведомого вала, поэтому среднее передаточное число универсального шарнира равно единице.

Рис. 11. Схемы универсального шарнира и карданного вала

Однако в течение одного оборота передаточное число непрерывно меняется, давая два минимума и два максимума, т. е. ведомый вал дважды отстаёт от ведущего и дважды его опережает. Для получения в таких передачах равномерного вращения ведомого вала необходимо вводить между ведущим и ведомым валами промежуточный вал и ставить два универсальных шарнира (рис. 11, б). При этом обе вилки промежуточного вала должны располагаться в одной плоскости, а крайние валы д. б. параллельны между собой. Кулачковые механизмы. Кулачком называют вращающийся или поступательно движущийся выступ той или иной формы, сообщающий другой подвижной детали механизма движение при набегании на неё. В качестве примера кулачкового механизма на рис. 12 изображён механизм ножа и стягивателя шпагата узловязателя сноповязалки Люберецкого завода. На ролик этого механизма 2 при вращении диска 3 набегает кулачок 1 и вызывает в этот момент поворот стягивателя 6 (для стягивания петли с клюва) и ножа 5 (для перерезания шпагата) около оси 4 на нек-рый угол.

Рис. 12. Кулачковый механизм ножа и стягивателя петли сноповязалки

Рис. 13. Типы ремённых передач

Ремённые передачи. Ремённая передача применяется в тех случаях, когда расстояние между валами сравнительно велико. Ремённая передача состоит из цилиндрического ведущего шкива (рис. 15, а), ведомого шкива и бесконечного ремня (в большинстве с.-х. машин плоского). Для передачи вращения между параллельными валами в одном и том же направлении служит открытая ремённая передача (рис. 13, а), а в разных направлениях - перекрёстная (рис. 13, б). В обоих случаях шкивы располагаются в одной плоскости. Для передачи вращения между валами, перекрещивающимися под прямым углом, служит полуперекрёстная ремённая передача (рис. 13, в); в этом случае шкивы расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях. Основное условие работы всякой ремённой передачи заключается в том, чтобы набегающая на шкив ветвь ремня лежала в средней плоскости этого шкива. При самом незначительном отклонении набегающей ветви ремня от средней плоскости шкива ремень сбегает со шкива. Этим свойством ремённой передачи часто пользуются для перевода ремня с рабочего шкива на холостой и обратно посредством особой вилки (рис. 13, г). Ведомым шкивам ремённой передачи предпочтительно давать не цилиндрическую, а выпуклую форму. В таком случае точки поверхности шкива, лежащие в средней плоскости, двигаясь с большей линейной скоростью, чем точки краёв его, будут тянуть ремень на себя, не допуская его сбегания на край. В необходимых случаях увеличение угла обхвата шкивов производится натяжными роликами (рис. 13, д). Передаточное число i ремённой передачи м. б. найдено делением диаметра ведущего шкива d₁ на диам. ведомого d₂,

. Однако нек-рое проскальзывание ремня по шкивам неизбежно, вследствие чего действительное передаточное число несколько меньше, чем вычисленное. Поэтому при подборе шкивов по заданному передаточному числу делают изменение в расчётном диаметре шкива на 2% (для ведущего шкива больше расчётного, а для ведомого - меньше). В с.-х. машинах преобладают кожаные и прорезиненные брезентовые ремни. В последние годы начали применяться также резиновые клиновидные ремни. Каждый шкив в клиноремённой передаче (рис. 14) имеет рабочие поверхности в виде двух усечённых конусов, обращённых один к другому. Клиновидный ремень зажимается между ними. Если рабочие поверхности (тарелки шкива) сделаны раздвижными, то возможно легко регулировать передаточное число, т. к. при раздвигании тарелок клиновидный ремень входит между ними глубже, вследствие чего рабочий диам. шкива уменьшается, а при сближении тарелок увеличивается.

Рис. 14. Шкив клиноремённой передачи барабана самоходного комбайна: 1 - тарелки; 2 - упорный болт; 3 - скрепляющий болт; 4 - ремень

Рис. 15. Шкив и зубчатка

Рис. 16. Схема цепных передач комбайна 'Коммунар', левая сторона

Цепные передачи. Гибкую передачу между параллельными валами без скольжения делают в виде цепей, надеваемых на зубчатки (рис. 15, б), закреплённые на валах. Цепи способны передавать значительные и переменные усилия. Цепью, приводимой в движение одной ведущей зубчаткой, можно передавать вращение нескольким ведомым зубчаткам, сидящим на далеко расставленных друг от друга параллельных валах, как, напр., в комбайнах (рис. 16). Из приводных цепей различных типов в с.-х. машинах часто встречается крючковая цепь (рис. 17, а), звенья к-рой легко разъединяются руками. Звенья такой цепи отливаются из ковкого чугуна или штампуются из полосовой стали и термически обрабатываются. Крючковые цепи нужно надевать на зубчатки так, чтобы крючки звеньев были обращены наружу и вперёд по направлению движени цепи. В более ответственных передачах ставят роликовые цепи (рис. 17, б). Концы роликовых цепей соединяют замками различного устройства. Передаточные числа в цепных передачах определяются, как и в зубчатых передачах, делением числа зубцов ведущей зубчатки на число зубцов ведомой. Соединяемые цепью зубчатки должны лежать в одной плоскости.

Рис. 17. Крючковая и роликовая цепи: 1 - щёчка роликовой цепи; 2 - её замок; 3 - звено крючковой цепи

Литература: Криль Б., Сельскохозяйственное машиноведение, ч. 1, М.-Л., 1927; Полевицкий К., Сельскохозяйственные машины и орудия, 2 изд., М., 1947.