ЦБ РФ / 20.11.2017
Доллар (USD): 59,6325 руб.Евро (EUR): 70,3604 руб. Золото: 2461,43 руб. Серебро: 32,67 руб. Платина: 1788,77 руб. Палладий: 1905,72 руб.
ГлавнаяПубликацииТехнологические новинки → Модернизация элементной базы грядилей культиваторов, предназначе ...

Модернизация элементной базы грядилей культиваторов, предназначенных для обработки междурядий

Бутовченко А.В., Игнотенко И.В., Рулевский А.М. Донской государственный технический университет, г. Ростов-на-Дону, РФ

УДК 631.3

ГРНТИ 55.57.31

Модернизация элементной базы грядилей культиваторов, предназначенных для обработки междурядий

Бутовченко А.В., Игнотенко И.В., Рулевский А.М.

Донской государственный технический университет, г. Ростов-на-Дону, РФ

Представлены результаты разработки перспективной конструкции грядиля культиватора и определения его основных геометрических параметров.

Ключевые слова: рабочий орган, кривизна, пластина, рама, держатель, стойка.

На практике для сплошной и междурядной обработки широко используют культиваторы КПС-4, КШУ-12, КШП, ЧКУ-4, КСМ-5, КСЛ-5, КРТ-4, КРХ и др. На рис. 1 показан один из грядилей культиватора- растенепитателя КРТ-4, который состоит из центрального, кронштейна 7, стойки 2 и шарнирно присоединенных к ним верхнего 3 и нижнего 4 звеньев. На стойке жестко закреплена штанга 5 с рабочим органом и поводком 6, предназначенным для перевода грядиля из рабочего положения в транспортное, и наоборот. Стойка также снабжена чистиком 7 и опорным колесом 8. Однако несмотря на эффективность, такой грядиль и все модели упомянутых культиваторов обладают недостаточной надежностью их отдельных узлов и элементной базы, относительно высокой металлоемкостью и т. д.

На кафедре прикладной механики и инженерной графики Елецкого госуниверситета на протяжении ряда лет проводится бюджетная НИР, одно из направлений которой связано с совершенствованием конструкции культиваторов.

Анализ многочисленного числа библиографических источников, а также отечественных и зарубежных патентов позволил разработать на уровне изобретения технические решения, направленные на повышение эффективности конструкции и проведения работ при эксплуатации культиваторов. Так, две предложенные конструкции (а. с. № 988204, 1195929) объединены в одну. На рис. 2 и 3 изображены общий вид грядиля культиватора в рабочем положении и держатель в момент установки стойки с рабочим органом.

Культиватор содержит кронштейн 1, на котором с помощью упругих звеньев 2 в виде тонкостенных пластин установлены рамы 3. На последних закреплены опорные колеса 4 и штанги 5, на которых посредством держателей б закреплены стойки 7 с рабочими органами 8. В каждом из держателей в вертикальной плоскости выполнена полость 10 под стойку формы усеченной пирамиды с большим основанием 9 со стороны нижней части держателя. Основания и три боковые грани пирамиды и горизонтальное сечение стойки имеют форму прямоугольной трапеции, причем большее основание 11 каждой из трапеций оснований пирамиды и стойки расположено со стороны опорного колеса. В держателе выполнено горизонтальное отверстие 12.

Рис. 1. Общий вид грядиля культиватора модели КРТ-4

При переводе грядилей из рабочего положения в транспортное, опорные колеса отрываются от грунта, а пластины 2 упруго деформируются. Такой вид деформации характерен для плоских пружин при больших перемещениях. В то же время, как видно из рис. 3, 4 и 5, из конструкции грядиля исключены элементы, обычно выполняемые в виде фиксирующих держатели и стойки относительно штанги. Это достигается тем, что при установке рабочих органов на штангу горизонтальным отверстием одевают держатель, а в вертикальное отверстие вставляют стойку под углом к продольной оси штанги, при этом большее основание стойки скользит по наклонной грани пирамиды внутренней поверхности держателя. Затем стойки переводят в вертикальное положение, при этом их поверхность взаимодействует с поверхностью штанги и внутренней поверхностью держателя, прижимая последний к штанге. При движении культиватора рабочие органы обрабатывают почву, а силы реакции почвы прижимают стойку к держателю и штанге, исключая возможность выпадения ее из держателя. При снятии рабочего органа стойку поворачивают вперед по ходу движения культиватора и вынимают ее из полости держателя.

Рис. 2. Перспективная конструкция грядиля по а. с. № 988204

Как видно из описания патентов, в них присутствуют два конструкционных элемента — упругие связи, соединяющие кронштейны и раму между собой, и устройства, позволяющие надежно удерживать стойки с рабочими органами на штангах грядилей.

Известно [4], что плоские пружины при изгибе могут получать перемещения, соизмеримые, например, с длиной пружин. При таких больших перемещениях деформации пружин могут оставаться малыми и упругими, если толщина их относительно мала: emax = 0,5/hΔx < ey, где emax - наибольшая деформация в изогнутом стержне; ey - деформация, соответствующая пределу упругости материала; Δx - изменение кривизны оси.

При больших перемещениях, в отличие от малых, принципы неизменности начальных размеров и не-зависимости действия сил неприменимы; направление действия сил и место их приложения могут существенно изменяться в процессе изгиба. Общий метод решения задач об упругом изгибе стержня в больших перемещениях разработан Е. П. Поповым [1]. Дальнейшее развитие эта теория получила в работе [2], где дано численное решение на ЭВМ задачи о больших перемещениях гибких стержней.

 

В статье [3] предлагается метод аппроксимации найденных Е. П. Поповым нелинейных зависимостей алгебраическими выражениями. Вопросам статики и динамики гибких стержней и нитей посвящена фундаментальная работа [3].

При решении задач изгиба стержней, сводящихся к основному классу, каждый их участок рассматривают как отдельный стержень основного класса, а на границах участки связывают силовыми и геометрическими условиями. Таким образом, основной класс, включая те случаи, которые могут быть сведены к основному классу, весьма обширен и охватывает большинство практических случаев изгиба гибких стержней.

Решение задач изгиба стержней, не сводящихся к основному классу, дано в работе [1]. К ним относятся задачи изгиба стержней плавно изменяющейся кривизны или жесткости, или нагруженных распределенными силами. При решении этих задач стержень разбивают на множество малых участков, каждый из которых находится в условиях основного класса.

Рассмотрим равновесие первоначально прямого гибкого стержня постоянной изгибной жесткости В длиной /, нагруженного на концах силами и моментами (см. рис. 4). Поместим начало координат в т. О стержня, направив ось х по линии действия силы Р. Изменение кривизны в произвольной точке стержня определяется известным уравнением [1] ∆x = dζ/ds - угол наклона касательной к оси х; s – дуга отсчитываемая от т. О. Изменение кривизны изгибаемого стержня (см. рис. 4) связано с приложенным к нему изгибающим моментом М и изгибной жесткостью стержня В (пластинчатой пружины) соотношением sinζ , (1) которое, если ввести безразмерный параметр нагрузки   и безразмерный параметр дуги  , можно представить выражением, после интегрирования которого — уравнение вида:

,(2) где D — постоянная интегрирования. Оно связывает кривизну в кажlдой точке упругой линии с углом ζ наклона касательной в этой точке оси х. При D = 1 упругая линия лежит на границе между перегибными и бесперегибными формами.  

При D > 1 упругая линия не мо¬жет иметь точек перегиба, так как в этом случае ни в одной точке упру¬гой оси стержня кривизна не будет равна нулю. Поэтому при 1 < D < ∞ упругие линии относятся к беспе-регибным формам. Изогнутая ось стержня (см. рис. 4), помимо точек перегиба, может иметь и другие характерные точки: точки сжатия и растяжения, в которых внутренние силы приводятся к нормальной силе сжатия или растяжения. Касательная к упругой линии стержня в точках растяжения или сжатия параллельна линии действия силы. Нормаль, проведенная к упругой линии в точках сжатия или растяжения, является осью симметрии для прилегающих участков кривой, а точка перегиба - центром симметрии.

Следует отметить, что точки растяжения могут быть только на кривой бесперегибной формы. Дальнейшее решение уравнения изогнутой оси стержня (плоской пружины)   отыскивается по-разному:

для перегибных форм   для бесперегибных форм λ=k[F(φ)-F(φ0)], (4)

где F(φ)=   эллиптический интеграл первого рода, значения которого в зависимости от его модуля k и эллиптической амплитуды φ приводятся в таблицах эллиптических интегралов; для данной упругой линии стержня модуль k постоянен. С изменением модуля k форма упругой линии будет меняться. Поскольку 0 < k < 1, то в некоторых случаях модуль удобно представлять в виде k = sinα, где α — модулярный угол (0 < α < 90°).

Эллиптическая амплитуда φ связана соотношением sin0,5 ζ = ksim φ с углом ζ , наклона касательной к произвольной точке упругой линии стержня и переменна вдоль его оси. Если обозначить эллиптическую амплитуду в начальной и концевой точках стержня как ; то уравнение (3) может быть записано в виде:  

Определим траекторию движения рамы, связанной двумя плоскими пружинами длиной l = 550 мм, шириной Ь = 80 мм и толщиной h = 3,5 мм. К раме от механизма подъема грядилей приложена нагрузка 3500 Н (на задней раме культиватора навешено три грядиля) и поэтому к каждому грядилю приложена сила при его подъеме Р = 1170 Н, которая по мере подъема грядиля из рабочего положения в транспортное за счет упругой деформации пружин несколько возрастает. Материал упругих пластин — сталь 70 с E=  МПа. Рассмотрим одну из упругих пластин грядиля, конец которой нагружен усилием P/2 = 585 H и изгибающим моментом 20  [5]. При подъеме рамы вверх упругая линия стержня (упругая пластина) имеет вид, показанный на рис. 5, где отмечена точка перегиба 2. Ее отображение совпадает с т. В периодической упругой кривой. Следовательно, отображение т. 1 попадает на следующую ветвь ВС периодической кривой. В тт. О и 1 касательные к упругой линии пружины параллельны одна другой и наклонены под углом ζ = 45° к оси x и, следовательно, в этих точках коэффициенты подобия  . В соответствии с табл. 2.2 работы [4] упругие параметры в этих точках моментный коэффициент подобия со = 0, и эта точка отображается на верхней горизонтали φ = 90° левой половины диаграммы (рис. 6), упругой линии соответствует на этой же диаграмме двойной отрезок 021; причем отображения тт. 0 и 1 совпадают и лежат на кривой Q = 45°. Для построения траектории т. 1 необходимо определить ее текущие координаты  при различных значениях силы P (т. e. при различных значениях силового коэффициента подобия   где   , которое можно вычислить по соотношениям  =0.

При изменении силы Р, а следовательно, и коэффициента подобия , которое можно вычислить по соотношениям  безразмерные координаты, в которых  

При изменении силы P, а следовательно, и коэффициента подобия   отображение 021 (см. рис. 6) перемещается по диаграмме упругих параметров так, что тт. 0 и 1 скользят по кривой ζ = 45°, а т. 2 — по верхней горизонтали φ = 90°. Для определения максимальных напряжений, возникающих в заделках упругих пластин в раме 3 и кронштейне 1 культиватора (см. рис. 2), воспользуемся известной зависимостью:   Видно, что напряжения невысокие и поэтому надежность крепления пружин будет обеспечена. Как было отмечено, крепление стойки рабочего органа исключает болтовой фиксатор, используемый в серийных конструкциях грядилей культиватора, и вместо него применено крепление, выполненное по а. с. № 1195929. На рис. 7 показан ряд размеров, характеризующих элементную базу такого узла, которые были установлены экспериментально, проверены в эксплуатационных условиях [6] и показали удовлетворительную работоспособность. Результаты исследования рекомендуются как отечественным, так и зарубежным НИИ, конструкторским и производственным структурам сельхозмашиностроения для дальнейшего изучения и доработки предложенных устройств с целью возможного внедрения их в практику.

Список литературы:

1 Попов E. П. Нелинейные задачи статики тонких стержней — E. П. Попов — Л.-M.: Гос-техиздат, 1948.

2 Рублёвский H. T. Численный метод исследования изгиба гибких деталей — H. T. Рублёвский — К.: Наукова думка, 1975.

3 Цукерник Л. M. Приближенный расчет плоских пружин — Л. M. Цукерник — M.: Машиностроение, 1976.

4 Пономарев С. Д., Андреева Л. E. Расчет упругих элементов машин и приборов — С. Д. Пономарев, Л. E. Андреева — M.: Машиностроение, 1980.

5 Глушенко А.Д. Исследование напряженного состояния основных элементов грядилей культиваторов-растениепитателей моделей КРТ-4 и KPX с целью разработки рекомендаций по повышению их надежности и долговечности — А. Д. Глушeнко — M.: Отчет ТашИИТ, ВНИТЦ № 79077843. Инв. № Б809369, 1980.

6 Глушенко А.Д. Доработка конструкции и испытания модернизированных грядилей хлопковых культиваторов с целью подготовки к передаче на гос. испытания / А. Д. Глушeнко — M.: Отчет ТашИИТ, ВНИТЦ № 80038801. Инв. № Б908656, 1981.

7 Карпенко А. H., Халанский В. M. Сельскохозяйственные машины — А. H. Карпенко, В. M. Халанский — M.: Агропромиз-дат, 1989.


Вы не авторизованы. При отправке сообщения, в качестве автора будет указан "Гость". Вход | Регистрация
Я не робот
Agroday.ru, Copyright © 2011-2015 ООО "ЭКСПОМЕДИА". Все права защищены.
Email: support@agroday.ru Тел./факс: +7 (863) 2820411, 2820412, 2820413, 2820346, 2820346, 2401488
При полном или частичном использовании материалов сайта гиперссылка на http://agroday.ru обязательна.
Яндекс цитирования
Разработка портала: Adlogic Systems
Платформа: Xevian