close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Обоснование параметров чизельного рабочего органа для обработки каменистых почв..pdf

код для вставкиСкачать
МЕХАНИЗАЦИЯ
УДК 631.312.5
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЧИЗЕЛЬНОГО РАБОЧЕГО
ОРГАНА ДЛЯ ОБРАБОТКИ КАМЕНИСТЫХ ПОЧВ
Р.С. РАХИМОВ, доктор технических наук, профессор
А.А. ДРАНИЧНИКОВ, инженер
Челябинская ГАА
E-mail: ppm@csaa.ru
Резюме. В данной статье обоснованы параметры чизельного
рабочего органа для обработки почв засорённых камнями. В
результате проведённых исследований выбран рациональный тип предохранителя рабочего органа чизельного плуга
и определены его параметры.
Ключевые слова: чизельный рабочий орган, параметры,
тяговое сопротивление, каменистые почвы, предохранитель,
пружина, срезной болт.
Значение силы Rxст, определяется по формуле [7]:
(2)
где a – глубина хода чизельного рабочего органа, м;
ad – глубина хода долота, м (ad= ld sinβ0, где ld – длина
долота, м, β0 – угол установки долота ко дну борозды,
град); Bст – толщина стойки чизельного рабочего органа,
м; β – угол наклона стойки чизельного рабочего органа
ко дну борозды, град; ρ – удельное давление почвы,
кН/м2 (ρ=К/cos(αо/2+ϕ), где K – удельное сопротивление
почвы на глубине хода чизельного рабочего органа,
кН/м2, ϕ – угол трения почвы по рабочей поверхности,
град.); dст – ширина стойки чизельного рабочего органа,
м; α0 – угол заострения стойки рабочего органа, град;
f – коэффициент трения почвы о сталь (рис. 1).
В последние годы активизировались исследования
по теоретическому обоснованию и экспериментальной
проверке новых рабочих органов почвообрабатывающих машин и орудий, результаты которых свидетельствуют об эффективности и актуальности дальнейшей
работы в этом направлении [1…5].
Согласно технологии возделывания сельскохозяйственных культур в условиях
Южного Урала для обеспечения водного и воздушного
режимов роста растений один
раз за ротацию севооборота
необходимо проводить разуплотнение подпахотного
горизонта чизельными орудиями на глубину до 45 см [6].
Однако, как показывает практика, до 20 % пахотных земель
степной зоны Челябинской
области глубже пахотного
слоя (20…25 см) засорены
крупными камнями и валунами, что ведёт к поломке рабочих органов и рамы орудия. В
связи с этим возникла проблема – разработать чизельное
Рис. 1. Расчётная схема чизельного рабочего органа
орудие с предохранительными устройствами.
Анализ существующих конструкций показал, что наиУгол трения почвы о рабочую поверхность долота –
не постоянная величина, которая зависит от его угла
более простая и эффективная из них – комбинированное
крошения и для β0 < 60° может с необходимой точноустройство, которое сочетает пружинный предохранитель, обеспечивающий отклонения и вибрацию рабостью определяться из выражения: ϕ = 50°30 – 0,45β0,
град. [8].
чего органа в продольно- и поперечно-вертикальной
Результирующую силу, действующую на долото,
плоскостях, и срезной палец. При работе в нормальных
можно вычислить из выражения:
условиях в случае изменения свойств почвы оно обеспе(3)
чивает вибрацию рабочего органа, что снижает тяговое
где q – объёмный коэффициент смятия почвы,
сопротивление и увеличивает крошение.
кН/м3; V0 – объём сминаемой почвы, м3.
Цель наших исследований – обосновать параметры
Параметр V0 находим как:
чизельного рабочего органа при максимально допустимой нагрузке и определить усилие для расчёта параме(4)
тров пружины и срабатывания срезного болта.
Условия, материалы и методы. Установлено [7],
где Bd – ширина долота, м; δ – путь, проходимый
что тяговое сопротивление чизельного рабочего органа
долотом за время сжатия, м; β0 – угол установки долота
Rx можно определить как:
к дну борозды, град.
(1)
Подставив формулу (4) в (3), получим:
где Rxст, Rxd – силы, действующие соответственно на
(5)
стойку и долото чизельного рабочего органа, кН.
Достижения науки и техники АПК, №5-2013
73
МЕХАНИЗАЦИЯ
При движении долота в почве сила Rd, действующая
на долото, отклоняется на угол φ трения почвы по рабочей поверхности. Учитывая это, составляющие силы
Rd по осям X и Z выражаются в виде:
Р,кН
5,5
5
4,5
4
(6)
3,5
3
(7)
После подстановки (2) и (6) в (1) получим тяговое
сопротивление чизельного рабочего органа:
(8)
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0,1
0,11
,м
а)
Р,кН
4,5
4
3,5
3
0,018 0,021 0,024 0,027 0,03 0,033 0,036
d
z
Сила Rz будет равна по величине силе R , то есть:
б)
(9)
Используя полученные формулы (8) и (9), можно
построить зависимости влияния конструктивных параметров чизельного рабочего органа (Bст, Bd, α0, β0, dст),
глубины обработки (а) и удельного сопротивления почвы (К) на тяговое сопротивление рабочего органа Р.
В расчётах использованы следующие пределы изменения входящих в формулы величин: а=0,27…0,45 м;
B ст =0,018...0,03 м; β=45...90°; f=0,4; α 0 =20...80°;
d ст=0,1...0,35 м; q=41...207 Н/м 3; B d=0,05...0,11 м;
δ =0,000144 м; β0=10...40°; ld =0,2 м, К=40...100 кН/м2.
Результаты и обсуждение. Мы установили, что угол
заострения стойки рабочего органа α0 и угол постановки
долота к дну борозды β0 имеют рациональные значения,
обеспечивающие минимум тягового сопротивления,
P, кН
6
5,5
5
4,5
4
3,5
3
2,5
2
,м
Р,кН 6
5
4
3
2
0,16 0,19 0,22 0,25 0,28 0,31 0,34
,м
в)
Р,кН 7
6
5
4
3
2
0,27
0,3
0,33 0,36 0,39 0,42 0,45
а, м
г)
Р,кН
7
6
5
20
30
40
50
60
70
80
, градусы
4
3
а)
2
Р,
кН
7
6,5
6
5,5
5
4,5
4
3,5
3
1
50
60
70
80
90
100
К, кН/м2
д)
10
15
20
25
30
35
40
, градусы
б)
Рис. 2. Зависимость тягового сопротивления Р (Bст =0,028
м, Bd=0,06 м, dст =0,18 м, а=0,35 м, К=70 кН/м2): а) от угла
заострения стойки рабочего органа α0 при β0=25°; б) от угла
постановки долота к дну борозды β0 при α0=60°:
– наклонная стойка,
– вертикальная стойка.
74
40
Рис. 3. Зависимость тягового сопротивления Р (при
α0=60°, β0=25°): а) от ширины долота Bd (Bст=0,028 м, dст=0,18 м,
а=0,35 м, К=70 кН/м2); б) от толщины стойки рабочего органа
Bст (Bd=0,06 м, dст=0,18 м, а=0,35 м, К=70 кН/м2 в) от ширины
стойки рабочего органа dст (Bст=0,028 м, Bd =0,06 м, а=0,35 м,
К=70 кН/м2); г) от глубины обработки почвы а (Bd =0,06 м, dст
=0,18 м, К=70 кН/м2, Bст=0,028 м); д) от удельного сопротивления почвы К (Bст=0,028 м, Bd=0,06 м, а=0,35 м, dст=0,18 м):
– наклонная стойка,
– вертикальная стойка..
при β0=23…27° и α0=50…65° (рис. 2). В связи с этим для
дальнейших исследований были приняты β0=25° и α0=60°.
Увеличение параметров рабочего органа Bст, Bd, dст, а
Достижения науки и техники АПК, №5-2013
МЕХАНИЗАЦИЯ
Рис. 5. Расчёт пружины.
Рис. 4. Схема предохранителя рабочего органа.
также а и К, ведёт к росту тягового сопротивления (рис.
3). Наибольшее влияние на его изменение оказывал тип
рабочего органа. Тяговое сопротивление чизельного
рабочего органа с наклонной стойкой при изменении
различных параметров было на 6…10 % выше, чем у рабочего органа с вертикальной стойкой, из-за увеличения
площади контакта стойки с почвой. Большое влияние на
тяговое сопротивление оказывает ширина долота Bd. Для
обеспечения рыхления почвы на глубину до 45 см, согласно [9], она должна быть не менее 70 мм. Для определения
характеристик пружины предохранителя для работы в
конкретных условиях параметры рабочего органа Bст, Bd,
dст необходимо установить для максимально возможных
а и К с учётом коэффициента запаса прочности рабочего
органа, принятой для выбранного предохранителя.
Для максимальной глубины обработки а=0,45 м и
удельного сопротивления почвы К=100 кН/м2 значение
тягового сопротивления составляет P=9,3 кН. При запасе прочности рабочего органа k=2, сечение стойки при
максимальном изгибающем моменте Mизг=Pkl=14,9 кНм
для стали Ст-45: ширина стойки составляет dст=0,25 м,
толщина – Bст=0,03 м.
Для выбранной конструктивной схемы предохранителя при нормальных условиях работы сила, действующая на пружину F2, определяется по формуле (рис. 4):
F2 = (P l)/lпр;
(10)
где Р – сила, действующая на рабочий орган в нормальных условиях работы, кН,; l – плечо действия силы
Р, м; lпр – плечо действия силы F2, м. Согласно рис. 2
среднее значение силы P = 5 кН, а из чертёжной документации рабочего органа l =0,8, а lпр =0,2 м.
Тогда сила F2 имеет значение F2=20 кН. При такой
нагрузке рабочий орган при изменении свойств почвы
вибрирует, что снижает тяговое сопротивление.
При наезде на препятствие (камень) значение силы,
действующей на рабочий орган, увеличивается, и рабо-
чий орган отклоняется назад. При условии, что рабочий
орган при обходе препятствия должен подниматься на
высоту равную минимальной глубине обработки аmin,
то есть при h= аmin = 280 мм деформация пружины составит S2=166 мм.
Согласно ГОСТ-13776-86 сила, действующая на
пружину F3 при максимально возможной деформации
S3 (рис. 5), определяется по формуле:
F3 = F2 (1 – δ);
(11)
где δ – относительный инерционный зазор пружины
сжатия, δ = 0,1…0,4 [10].
F3=29 кН
Учитывая конструкцию предохранителя, целесообразно будет установить 2 пружины разного диаметра,
распределяя силы в соотношении:
F3-1=2/3F и F3-2=1/3F
Внешняя пружина, рассчитанная на F 3 = 20кН,
жёсткость c=80,3 Н/мм, число витков n=11 шт., максимальная деформация пружины S3=249 мм, внутренний
диаметр D1=150 мм, диаметр проволоки d=20 мм.
Внутренняя пружина, рассчитанная на F3=10кН,
жёсткость c=40,16 Н/мм, число витков n=15 шт., максимальная деформация пружины S3=249 мм внутренний
диаметр D1=105 мм, диаметр проволоки d=14 мм.
При максимальном значении силы F3 пружины сожмутся на величину максимальной деформации S3, а
при дальнейшем увеличении силы произойдет срабатывание срезного болта и рабочий орган выглубиться
из почвы опрокидыванием назад.
Выводы. В результате исследований определены
силы, действующие на рабочие органы в нормальных
условиях работы при различных значениях глубины
обработки, удельного сопротивления почвы и конструктивных параметрах чизельного рабочего органа.
Среднее их значение составляет 5 кН.
Установлена максимально возможная нагрузка и
с учётом запаса прочности обоснованы параметры
стойки чизельного рабочего органа: ширина – 0,25 м,
толщина – 0,03 м.
Определено усилие для расчёта параметров пружины F3=29 кН и установлены тип и параметры пружин
(внутренней и наружной) предохранителя чизельного
рабочего органа для обработки каменистых почв.
Литература.
1. Мазитов Н.К., Багманов Р.С. Уравнение движения упругого рабочего органа// Вестник Казанского ГАУ. – 2011. – № 3
(21). – С. 81-84.
2. Пикмуллин Г.В., Булгариев Г.Г. Методика проектирования формы рабочего органа культиватора для предпосевной обработки почвы//Вестник Казанского ГАУ. – 2011. – № 1 (19). – С. 107-109.
3. Мазитов Н.К., Багманов Р.С., Шарафиев Л.З. Экспериментальное исследование различных конструкций упругих рыхлителей культиваторов для предпосевной обработки почвы// Вестник Казанского ГАУ. – 2011. – № 4 (22). – С. 84-87.
Достижения науки и техники АПК, №5-2013
75
МЕХАНИЗАЦИЯ
4. Багманов Р.С. Анализ влияния конструкции упругого рыхлителя на тяговые и агротехнические показатели культивации//
Вестник Казанского ГАУ. – 2011. – № 3 (21). – С. 71-74
5. Мазитов Н.К., Гарипов Н.Э., Дмитриев С.Ю., Шарафиев Л.З., Ильин А.П. Экономика кормопроизводства в условиях засухи на основе применения отечественного комплекса техники// Вестник Казанского ГАУ. – 2011. – № 2 (20). – С. 103-105.
6. Капов С.Н. Обоснование параметров плоскореза-щелевателя: кандидатская диссертация. – Челябинск, 1987.
7. Шеметов Н.А. Обоснование параметров плоскореза-щелевателя: кандидатская диссертация. – Челябинск, 1983.
8. Тряпицын Д.А. Обоснование параметров чизельных рабочих органов с наклонными и криволинейными стойками для
основной безотвальной обработки почвы. – Москва, 1990.
9. Труфанов В.В. Глубокое чизелевание почвы. – Москва: ВО «Агропромиздат» 1989.
10. ГОСТ 13776-86.
JUSTIFICATION PARAMETERS CHISEL WORKING BODY FOR THE TREATMENT OF STONY SOIL
R.S. Rahimov, A.A. Dranichnikov
Summary. In this article the parameters chisel working body for soil littered with stones. The studies selected rational type fuse working
body chisel plow and values of its parameters.
Keywords: chisel working body, parameters, draft resistance, stony soil, fuse, coil spring, shear bolt.
УДК 45.29.31
ДЕТЕРМИНИРОВАННАЯ МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
НАДЕЖНОСТИ СВЕТОДИОДНЫХ СВЕТИЛЬНИКОВ
В.А. БУТОРИН, доктор технических наук, зав. кафедрой
К.П. ВОВДЕНКО, аспирант
Челябинская ГАА
E-mail: butorin_chgau@list.ru
Резюме. Предложена математическая модель надежности
светодиодного светильника в детерминированном виде. Для
ее реализации необходимо по данным технической литературы установить предельное значение светового потока, после
периода стабилизации измерить его начальное значение,
экспериментальным путем установить скорость и параметр
деградации светового потока, затем, используя предложенную детерминированную математическую модель, провести
оценку ресурса исследуемого светодиодного светильника.
Ключевые слова: математическая модель, долговечность,
ресурс, световой поток, параметр деградации светового
потока.
Сегодня осуществляется переход к массовому
использованию светодиодных светильников для промышленных и сельскохозяйственных помещений.
Появились серии приборов для агроосвещения, обеспечивающих оптимальные производительность разводимых животных, рост цыплят и яйценоскость птицы,
процесс фотосинтеза и роста растений. Для оценки
мероприятий, направленных на повышение качества
изготовления и эксплуатации светодиодных светильников, необходимы сведения об их долговечности.
Существующие методы оценки требуют дальнейшего
развития и совершенствования.
Важнейшее звено разработки методики ускоренных испытаний светодиодных светильников на
долговечность – создание математической модели
надежности.
Математическая модель надежности – это определенное выражение, связывающее значения физических параметров системы, действующих нагрузок
и показателей надежности. Любая математическая
модель отражает степень познания реального ме-
76
ханизма функционирования системы и служит некоторым приближением к исследуемому процессу.
Ее создание заключается не только в теоретической
разработке, но и в постоянной проверке с помощью
имеющихся и вновь поступающих статистических
данных.
Цель нашей работы – разработать математическую
модель надежности светодиодного светильника в детерминированном виде, связывающую его наработку
со скоростными показателями деградации светового
потока и позволяющую при достижении предельного
значения этого потока оценивать ресурс осветительного прибора.
Условия, материалы и методы. Работа выполнена на основании литературных и статистических
данных, анализа существующих моделей изменения
параметра технического состояния элементов осветительных приборов, в которых в качестве источников
света используют светодиоды. Для математической
обработки степенных функций использовали их дифференцирование и логарифмирование. Обработку
результатов экспериментальных данных для оценки
показателя деградации светового потока светодиодного светильника в зависимости от наработки после
периода стабилизации осуществляли методом наименьших квадратов.
Результаты и обсуждение. На сегодняшний
день разработан ряд математических моделей надежности, которые нашли свое применение при
испытаниях светодиодов. Многие из них созданы с
использованием уравнения Вант Гоффа и Аррениуса,
характеризующего старение диэлектрика исходя из
общих законов кинетики химических реакций [1]. На
основании этого в работе [2] приведена математическая модель надежности светодиода, показывающая
насколько ускоряются химические реакции, в том
числе процессы деградации, в кристалле при повышении температуры:
Достижения науки и техники АПК, №5-2013
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
21
Размер файла
3 953 Кб
Теги
рабочего, орган, каменистых, обоснование, pdf, почва, чизельно, обработка, параметры
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа