Вестник Теоретический и научно-практический журнал (стр. 10 )

1 – балка рамы; 2 – верхний зажим; 3 – нижний зажим; 4 – стойка

Рис. 1. Схема крепления корпуса плуга на вибрирующей стойке

Полосы изготовлены из легированной стали 30 ХГСА, обладающей пружинными свойствами. Продольная ориентация плоскостей придает стойке максимальную жесткость по направлению главных действующих сил сопротивления почвы. Гораздо меньшая жесткость и более выраженная гибкость стойки существует в поперечном направлении, то есть по линии действия сил сдвига, переворота и отбрасывания пласта. Поскольку состав почвы неоднородный, встречаются корневища убранных растений, а в сухую погоду почва отделяется от массива поля глыбами, силы сопротивления имеют пульсирующий характер, а полевая доска не всегда имеет равнозначную опору о стенку борозды.

Академик считал, что сила сопротивления плуга носит динамический характер, изменяясь в некоторых пределах по величине и направлению [2]. Он отмечал, что силы инерции при динамическом характере движения могут доходить до ±10% от усредненного усилия тяги. Если принять средний размер глыб, формирующихся в сухой почве, равным 0,25 м, а скорость движения пахотного агрегата 2 м/с, то окажется, что каждый рабочий корпус будет встречать неоднородности по силам сопротивления с частотой 8 пульсаций в секунду. Такая пульсирующая нагрузка может вызвать автоколебания корпуса на своей пружинной стойке. Чтобы вызвать автоколебания в пределах упругой деформации пластин и сохранить прочность конструкции, необходимо правильно подобрать число пластин и размеры b и  h их сечения.

Расчет проведем для вспашки под сахарную свеклу, то есть на глубину 30 см с шириной захвата корпуса 45 см. Для суглинистого чернозема принимаем коэффициент удельного смятия k = 5,3 Н/см2. Тогда сила сопротивления одного корпуса с учетом  10-процентной добавки на переворот и отбрасывание пласта равна

кН.

Поперечная сила сопротивления почвы, действующая на один корпус, принимается в три раза меньшей, чем продольная:  Рy = 2,7 кН. Эти силы приложены к лемеху ниже стойки корпуса (рис. 2).

Рис. 2. Схема нагружения стойки продольной силой Рх и поперечной Ру

Прочность стойки на изгиб от действия продольной силы проверим для выбранных конструктивных размеров по допускаемому нормальному напряжению [3].

  ;    ,                  (1)

где Мх – изгибающий момент в продольно-вертикальной плоскости, Нм;

  Wx – момент сопротивления стойки, состоящей из четырех пластин, м3.

Для выбранных размеров b = 0,08 м и  h = 0,006 м нормальное напряжение
у = 178 МПа. Для стали 30 ХГСА  [у] = 103 МПа. Очевидно, что нагрузку  от продольной силы стойка выдержит с большим запасом прочности.

Поперечная сила должна вызывать изгиб стойки в пределах упругой деформации. Если пластины взаимно подвижны, допустим, отверстия в них имеют диаметр
на 2-3 мм больший, чем у крепежных болтов, то момент сопротивления стойки изгибу от силы  Ру будет складываться из моментов сопротивления отдельных пластин. На каждую пластину действует изгибающий момент

  = 385 Нм.          (2)

Момент сопротивления пластины в этой плоскости

  .                  (3)

Тогда нормальное напряжение от действия боковой силы у = 800 МПа.

Прогиб стойки в поперечном направлении

  ,          (4)

где l – длина стойки, l = 0,43 м;

  Е – модуль упругости, Е = 2,1·106 кгс/см2;

  J – момент инерции сечения одной пластины, J = 0,144 см4.

После подстановки значений имеем f = 5,9 см. Это максимально возможный прогиб при отсутствии опоры на полевую доску. Однако если учесть, что полевые доски компенсируют большую часть поперечной силы, действующей на корпус со стороны обрабатываемого пласта, то нагрузка на стойку и ее прогиб значительно уменьшатся.

Если пластины на своих концах жестко закреплены и взаимно неподвижны, то жесткость стойки и ее прочность увеличатся, а прогиб уменьшится. Прочностные характеристики стойки по отношению к продольной силе не изменятся, и нормальное напряжение в этой плоскости останется тем же. Но в поперечной плоскости весь набор пластин будет аналогичен цельной балке, у которой  My = 1540 Нм,  Wy = 7,68 ·10 -6м3, момент инерции сечения стойки J = 9,2 см4. Тогда нормальное напряжение от действия боковой силы у = 200 МПа, а прогиб  f = 0,37 см.

В случае жесткого закрепления концов пластин у крайней из них со стороны непаханого поля может нарушиться продольная устойчивость. Под действием силы Py стойка подвергается изгибающему моменту Му, и в ней появляются нормальные напряжения  у  (рис. 3). 

Рис. 3. Нормальные напряжения в пластинах при изгибе стойки

В одной крайней пластине происходит сжатие, а в другой – растяжение. Максимальное напряжение уmax = 200 МПа, а усредненное напряжение в крайней пластине можно вычислить из подобия треугольников эпюры:  у1 = 150 МПа. Тогда сила сжатия этой пластины

  = 72 кН,

где S – площадь сечения пластины.

Критическая сила сжатия [3] по критерию устойчивости пластины с защемленными концами

  .                  (5)

После подстановки значений получаем  Рк = 64,5 кН.

В результате оказалось, что в те мгновения, когда полевая доска частично теряет опору, стойка может потерять продольную устойчивость и прогнуться в сторону стенки борозды. Чтобы этот прогиб оставался в пределах упругой деформации, можно на стойке укрепить ограничитель прогиба крайней пластины в виде замкнутой прямоугольной скобы с зазором около 10 мм в сторону возможного прогиба (см. рис. 3).

Таким образом, проведенные расчеты на прочность и возможную деформацию стойки рабочего корпуса плуга показали, что предлагаемое техническое решение с выбранными конструктивными параметрами обладает достаточной прочностью и возможностью автоколебаний как с взаимно подвижными пластинами, так и с жестко закрепленными.

Список литературы

1. Василенко особенности плугов серии «Богатырь»
/ // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2008. – № 5. – С. 7-8.

2. Горячкин сочинений. Т. 2-й / // М.: «Колос», 1968. – 455 с.

3. Беляев материалов / // М.: «Наука», 1965. – 856 с.

УДК 631.372: 631.43

Экологическое  вЛИЯНИЕ  ходовых систем

машинно-тракторных агрегатов  на почву

, кандидат технических наук, доцент, зав. кафедрой механики

, ассистент кафедры механики

Воронежский государственный аграрный университет им.

С развитием промышленности и сельскохозяйственного производства антропогенная нагрузка на почвенный покров увеличивалась, достигнув наибольшей величины в наше столетие.

Развитие адаптивно-ландшафтного земледелия и дифференцированных агротехнологий выдвигает соответствующие требования к сельскохозяйственной технике. На первых этапах это экологизация техники современного поколения, но уже в ближайшей перспективе – создание принципиально новых технических средств.

Главная задача – предотвращение деградации почв в результате переуплотнения движителями тяжелыми колесными тракторами, транспортно-технологическими средствами и другими машинами. Эта задача должна быть решена путем оптимизации структуры и использования машинно-тракторного парка, а в дальнейшем путем совершенствования конструкций ходовых систем.

В условиях интенсификации сельскохозяйственного производства одним из определяющих требований к сельскохозяйственной технике является повышение ее производительности. Однако при этом происходит усложнение машин, расширение их функциональных возможностей, что связано с увеличением числа их узлов (сборочных единиц) и массы. Очевидно, что такое увеличение единичной массы технических средств не есть проявление воли конструкторов, а вызвано необходимостью экономии трудовых ресурсов. Это вызывает повышение механического воздействия ходовых систем на почву.

Наряду с совершенствованием машинотракторного парка, важную роль в снижении техногенной нагрузки на почву играет использование комбинированных агрегатов, совмещающих различные операции по основной, предпосевной обработке почвы, внесению удобрений, посеву. Их применение повышает производительность труда и урожайность сельскохозяйственных культур, способствует энергосбережению [1].

В результате воздействия колес (гусениц) тракторов, автомобилей, комбайнов и сельскохозяйственных машин глубина уплотнения достигает 0,3-0,6 м. Наиболее сильно уплотняется плодородный слой почвы. Можно использовать широкозахватную высокопроизводительную технику и упростить механизацию технологических процессов по подготовке почвы, уходу и уборке сельскохозяйственных культур. Однако при этом создаются условия для возникновения водной и ветровой эрозии. Тяжеловесная техника уплотняет почву, ухудшает ее свойства. В результате даже при однократном проходе трактора урожайность по его следу снижается на 25-30%. Кроме нарушения химических и физических свойств почв, на уплотненных почвах усиливается поверхностный сток воды, способствующий возникновению водной эрозии, увеличиваются тяговые усилия машино-тракторных агрегатов.