ЦБ РФ / 20.07.2018
Доллар (USD): 63,4888 руб.Евро (EUR): 73,9327 руб. Золото: 2500,18 руб. Серебро: 31,37 руб. Платина: 1663,59 руб. Палладий: 1820,76 руб.
Лучшие зерносушилки
Anton Paar - для сахарной индустрии
Место для Вашей рекламы
Гермес
ГлавнаяПубликацииТехнологические новинкиМодернизация 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