Email this article RESEARCH OF ELASTIC S-SHAPED SUPPORT STAND OF THE COMBINED CULTIVATOR
- Authors: Fedorov SE1, Chatkin MN1, Kostin AS1, Kolesnikov NV1
-
Affiliations:
- FSBEI HVE Mordovia SU of N. P. Ogarev, Institut of mechanics and power State educational institution of higher education
- Issue: No 3 (2015)
- Pages: 7-10
- Section: Articles
- URL: https://bulletin.ssaa.ru/1997-3225/article/view/22837
- ID: 22837
Cite item
Full Text
Abstract
The purpose of researches is increasing uniformity of cultivator working body depth course and also expansion of operational opportunities of use of a cultivator with elastic racks on soils with different physicomechanical properties. Big energy consumption when processing the soil causes search of ways of its decrease. One ways is use widely - the gripping combined cultivators with working bodies fixed by means of elastic racks. The main types of elastic racks are considered. Application of elastic racks leads to reduction of traction resistance by 25-30% in comparison with working bodies on rigid racks. However use of elastic racks leads to non-performance of agrotechnical requirements. Proceeding from research objective the task - to define was set own frequencies and movements are resistant on an axis of «Z», characterizing depth of the course of working body, depending on loading and the scheme of fixing. For object of research the S-shaped rack was chosen. Calculation of rack oscillatory process was carried out in the computer SolidWorks program which is based on a method of final elements. At calculation the maximum load of one rack got out taking into account the specific resistance of the soil and was accepted for 2500 N. An interval of loading change - 500 N. As a result, calculation dependences were constructed: «loading - movement» and «own frequencies - schemes of fixing». The analysis of these dependences showed: all dependences are expressed by straight lines, that is tension in rack doesn't exceed proportionality limit; with increase in reference points rigidity of rack increases; with increase in rigidity of rack its own frequency grows. It is revealed that for stabilization of effective indicators of work of executive part of working cultivator, it is necessary to provide the rigidity regulator that allows to use it for soils of various humidity and hardness in its design.
Keywords
Full Text
Обработка почвы в сельскохозяйственном производстве считается самой энергоемкой операцией. На нее приходится 30-40% всей потребляемой в сельском хозяйстве энергии. Одним из основных путей снижения энергопотребления при обработке почвы, сохранения ее свойств и потенциального плодородия является минимализация, предусматривающая совмещение нескольких технологических операций и приемов. Это достигается благодаря использованию широкозахватных высокопроизводительных комбинированных агрегатов, которые позволяют уменьшить число проходов по полю, потери времени на холостые проходы, трудовые и денежные затраты, а также увеличить производительность. Комбинированные агрегаты качественно рыхлят, уплотняют почву, сохраняя при этом влагу и мульчу, что приводит к повышению урожайности возделываемых культур [1, 2]. Перспективным считается применение упругих стоек для крепления рабочих органов в конструкциях комбинированных культиваторов для предпосевной обработки почвы [3]. Применение упругих стоек способствует уменьшению тягового сопротивления на 25-30% по сравнению с жесткими стойками [4, 5]. Рабочие органы на упругих стойках в процессе работы совершают вынужденные колебания за счет переменного сопротивления почвы. Воздействие такого рабочего органа аналогично воздействию вибратора. Однако рабочие органы, закрепленные на упругих стойках, отклоняются от установленной глубины обработки на 10-15% больше, чем на жестких стойках, что ставит под сомнение выполнение агротехнических требований [6]. Цель исследования - повышение равномерности глубины хода рабочего органа культиватора, расширение эксплуатационных возможностей использования культиватора с упругими стойками на почвах с разными физико-механическими свойствами. Задачи исследований - определить собственные частоты и перемещения стойки по оси «Z», характеризующей глубину хода рабочего органа, в зависимости от нагрузки и схемы закрепления. Материалы и методы исследований. Основные типы стоек представлены на рисунке 1. Если соединить характерные точки (перегиба (т. п) сжатия (т. с) и растяжения (т. р) крепление стойки к раме) прямыми, то получаются формы стоек, которые могут быть нелинейно подобны [7]. Объект исследования - упругая S-образная стойка, расчет которой проводился в компьютерной программе SolidWorks, которая основана на методе конечных элементов. Рис. 1. Основные типы упругих стоек с указанием характерных точек При использовании метода конечных элементов модель конструкции разбивается на области (конечные элементы). В каждом конечном элементе движение среды описывается с помощью функций, представляющих собой перемещения и напряжения в этой области. Области друг с другом соединяются с помощью узлов, благодаря которым происходит взаимодействие конечных элементов между собой. Конечные элементы, расположенные определенным образом и закрепленные согласно граничным условиям, в зависимости от конструкции объекта, позволяют адекватно описать всю полноту многообразия конструкций [8]. К области (конечному элементу) могут быть приложены как сосредоточенные, так и распределенные силы, а также и моменты, которые получили название узловых нагрузок. Для проведения расчета, с учетом условий работы упругой стойки, были заданы геометрические параметры стойки (поперечное сечение 45×9 мм) и материал стойки - Сталь 60С2А, модуль сдвига G=82000 МПа, модуль упругости Е=212000 МПа, твердость НRС= 46-52. При расчете, согласно удельному сопротивлению почвы, максимальная нагрузка на одну стойку была принята 2500 Н. Интервал ее изменения составил 500 Н. Жесткость данной стойки увеличивалась с уменьшением ее рабочей длины. Это достигается за счет разных схем крепления стойки, которые показаны на рисунке 2. Наибольшее перемещение точки «А» в процессе работы наблюдалось вдоль осей «Z» и «Х». Перемещение вдоль оси «У» является минимальным. При действии сосредоточенной силы Р, максимальный прогиб стойки определяется по формуле , (1) где k - коэффициент, зависящий от характера нагрузки; Р - сосредоточенная нагрузка на стойку, Н; l - расстояние от точки приложения нагрузки до закрепленной опоры, м; Е - модуль упругости, МПа (Е=const); J - момент инерции сечения стойки, см3 (J=соnst). Рис. 2. Схемы закрепления упругой стойки культиватора: 1, 2, 3, 4, 5 - закрепление; 2 - нагрузка Результаты исследований. По результатам автоматизированного расчета в зависимости от расстояния точки приложения нагрузки до закрепленной опоры l (I1 - 1,05 м, l2 - 0,94 м, l3 - 0,85 м, l4 - 0,72 м, l5 - 0,65 м), были построены следующие графики (рис. 3, 4). Рис. 3. Нагрузка - перемещение вдоль оси «Z» в зависимости от схемы закрепления (для точки «А») Из анализа графической зависимости «нагрузка - перемещение» (рис. 3) следует: напряжения в стойке не превышают предела пропорциональности, так как все зависимости выражаются прямыми линиями; с уменьшением рабочей длины стойки увеличивается угол наклона прямых, значит уменьшается податливость стойки, следовательно, увеличивается ее жесткость. Анализ зависимости «собственные частоты - схемы закрепления» (рис. 4) показывает: с увеличением жесткости стойки растет собственная частота колебаний, что способствует использованию ее на влажных почвах (стойки с большой частотой колебаний лучше самоочищаются). Рис. 4. Собственные частоты колебаний в зависимости от схемы закрепления Заключение. Для стабилизации эффективных показателей работы и в целях предохранения упругой стойки культиватора в момент перегрузки, необходимо в ее конструкцию предусмотреть регулятор жесткости, что позволяет ее использовать на почвах различной влажности и твердости.×
About the authors
S E Fedorov
FSBEI HVE Mordovia SU of N. P. Ogarev, Institut of mechanics and power State educational institution of higher education
Email: seregafedorov1989@mail.ru
post-graduate student of the department «Farm machines of professor A. I. Leshchankin» 430904, Republic of Mordovia, Saransk, settlement Yalga, Rossijskaya, 5 str
M N Chatkin
FSBEI HVE Mordovia SU of N. P. Ogarev, Institut of mechanics and power State educational institution of higher education
Email: chatkinm@yandex.ru
dr. of techn. sciences, prof., head of the department « Farm machines of professor A. I. Leshchankin» 430904, Republic of Mordovia, Saransk, settlement Yalga, Rossijskaya, 5 str
A S Kostin
FSBEI HVE Mordovia SU of N. P. Ogarev, Institut of mechanics and power State educational institution of higher education
Email: kostin8811@yandex.ru
post-graduate student of the department « Farm machines of professor A. I. Leshchankin» 430904, Republic of Mordovia, Saransk, settlement Yalga, Rossijskaya, 5 str
N V Kolesnikov
FSBEI HVE Mordovia SU of N. P. Ogarev, Institut of mechanics and power State educational institution of higher education
Email: injener11@mail.ru
post-graduate student of the department « Farm machines of professor A. I. Leshchankin» 430904, Republic of Mordovia, Saransk, settlement Yalga, Rossijskaya, 5 str
References
- Ишкин, П. А. Повышение эффективности разуплотнения почвы комбинированным орудием при мелкой осенней полосовой обработке : автореф. дис. … канд. техн. наук : 05.20.01 / Ишкин Павел Александрович. - Пенза, 2008. - 19 с.
- Чаткин, М. Н. Обзор современных энергосберегающих технологий обработки почвы / М. Н. Чаткин, О. А. Ягин, C. Е. Федоров // Энергоэффективные и ресурсосберегающие технологии и системы : межвуз. сб. науч. тр. - Саранск, 2010. - С. 65-68.
- Багманов, Р. С. Улучшение качества предпосевной обработки почвы и снижение энергозатрат путем обоснования параметров культиватора с упругими рабочими органами : автореф. дис.. канд. техн. наук : 05.20.01 / Багманов Рубин Сабирович. - Москва, 2012. - 18 с.
- Дмитриев, С. Ю. Проектирование, измерения и автоматизация упругих элементов машин и механизмов с использованием компьютера / С. Ю. Дмитриев, Ю. П. Дмитриев // Роль молодых ученых в решении приоритетного национального проекта «Развитие АПК» : мат. студенческой науч. конферен. - Чебоксары, 2007. - С. 90-93.
- Седашкин, А. Н. Влияние вынужденных колебаний на разрушение почвы / А. Н. Седашкин, C. Е. Федоров, С. Ю. Городсков // Энергоэффективные и ресурсосберегающие технологии и системы : межвуз. сб. науч. тр. - Саранск, 2010. - С. 66-68.
- Пат. 132940 Российская федерация, МПК А01В35/24 Культиватор на упругих стойках / Чаткин М. Н., Федоров С. Е., Костин А. С. - №2013120755 ; заявл. 06.05.2013 ; опубл. 10.10.2013, Бюл. №28. - 2 с.
- Федоров, С. Е. Исследование динамики пружинной стойки методом «эквивалентного бруса» / C. Е. Федоров, М. Н. Чаткин // Энергоэффективные и ресурсосберегающие технологии и системы : межвуз. сб. науч. тр. - Саранск, 2013. - С. 66-68.
- Лукашевич, А. А. Построение и реализация схем прямого метода конечных элементов для решения контактных задач // Известия вузов. Строительство. - 2007. - № 12. - С. 18-23.
Supplementary files
