CC BY
6
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
19. Fluctuating asymmetry in morphological characteristics of Betula pendula Roth leaf under conditions of urban ecosystems: evaluation of the multi-factor negative impact / E. Shadrina, N. Turmu-khametova, V. Soldatova, Y. Vol'pert, I. Korotchenko, G. Pervyshina // Symmetry. 2020. Vol. 12. No 8.
20. García-Jain S. E., Maldonado-López Y., Oyama K. Effects of forest fragmentation on plant quality, leaf morphology and herbivory of Quercus deserticola: is fluctuating asymmetry a good indicator of environmental stress? // Trees. 2022. No 36. P. 553-567.
21. Irradiation level affects fluctuating asymmetry value of bilateral traits of cucumber in juvenile phase / S. A. Rakutko, E. N. Rakutko, A. Avotins, K. Berzina // Agronomy Reseach. 2018. V. 16. № 3. P. 854-861.
22. Maldonado-Lypez Y., Vaca-Sanchez M. S., Canche-Delgado A. Leaf herbivory and fluctuating asymmetry as indicators of mangrove stress // Wetlands Ecol Manag. 2019. No 27. P. 571-580.
23. Sandner T. M. Inbreeding and competition, but not abiotic stresses, increase fluctuating asymmetry of Mimulus guttatus flowers // Biological Journal of the Linnean Society. 2020. V. 130 (2). P. 410-418.
24. Zakharov V. M., Trofimov I. E. Fluctuating asymmetry as an indicator of stress // Emerging Topics in Life Sciences. 2022. No 6 (3).
Информация об авторах Ракутько Елена Николаевна, научный сотрудник, Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства - филиал ФГБНУ «Федеральный научный агроинже-нерный центр ВИМ» (196625, Россия, г. Санкт-Петербург, п. Тярлево, Фильтровское ш., д. 3), OR-CID: https://orcid.org/0000-0002-3536-9639. AuthorID: 789315, SPIN-код: 1427-3360, [email protected]
Ракутько Сергей Анатольевич, доктор технических наук, главный научный сотрудник кафедры Энергообеспечения предприятий и электротехнологий Санкт-Петербургского государственного аграрного университета, главный научный сотрудник Института агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ИАЭП) - филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Scopus ID: 26040971100, Researcher ID: B-2745-2014, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2454-4534, Author ID: 539685, SPIN-код: 5103-4590, [email protected]
DOI: 10.32786/2071-9485-2023-01-63 NUMERICAL MODELING AND ANALYSIS OF THE STRESS-STRAIN STATE OF STRUCTURAL PARTS AND SUBASSEMBLIES OF AN EXPERIMENTAL VEHICLE WITH A COMBINED MODE OF TRANSPORTATION FOR THE AGROINDUSTRIAL COMPLEX
A.S. Myasnikov1, S.D. Fomin2,
¡ChPOU "Gazprom College Volgograd named after. I.A. Matlashov" 2Volgograd State Agrarian University, Volgograd
Received 14.01.2022 Submitted 10.03.2023
Abstract
Introduction. The transportation of goods in the field of agriculture plays an important role and is a link in all technological stages of the life cycle of agricultural products. For the transportation of goods in conditions typical for the field of agriculture, special vehicles with increased cross-country ability are required, the technical capabilities of which would allow them to move on a supporting surface with a low bearing capacity and rough terrain. The trucks currently available and employed in the agricultural industry, under a certain set of circumstances, experience difficulties in moving or even get stuck, which negatively affects the results of production activities. One of the possible ways to expand the functionality of vehicles when moving on a supporting surface with a weak bearing capacity and rugged terrain is the ability to choose, depending on the operating conditions, one of the following modes of movement - rolling, walking or wave movement. The design embodiment of the required functionality is technically implemented in an experimental vehicle with a combined mode of movement. An object. The object of the study is the two assembly units of the experimental vehicle that are most loaded from the impact of applied force factors - the frame with the mechanism for the longitudinal movement of the body and cabin and half of the moving part of the longitudinal movement of the
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
propellers along the frame. Materials and methods. A static strength analysis of the frame with the mechanism of longitudinal movement of the body and cabin and half of the moving part of the longitudinal movement of the propellers along the frame was carried out by the finite element method. Results and conclusions. From the impact of force factors applied to the frame with the mechanism of longitudinal movement of the body and cab and half of the moving part of the longitudinal movement of the movers along the frame, the isofields of equivalent stresses, the safety factor and the total linear displacement of the elements of the structures under consideration are determined and built. The research results showed that in the considered assemblies, the equivalent stresses do not exceed oB2max=178,6 MPa, the total linear displacement is not more than 3,73 mm, and the safety factor is k>2,42, which characterizes the experimental vehicle as rigid and durable a structure capable of moving in a combined way with technically incorporated degrees of mobility of some assembly units.
Key words: transport work in agriculture, experimental vehicle, combined mode of transportation, equivalent stresses, safety factor, total linear displacements.
Citation. Myasnikov A. S., Fomin S. D. Numerical modeling and analysis of the stress-strain state of structural parts and subassemblies of an experimental vehicle with a combined mode of transportation for the agro-industrial complex. Proc. of the Lower Volga Agro-University Comp. 2023. 1(69). 575587 (in Russian). DOI: 10.32786/2071-9485-2023-01-63.
Author's contribution. All authors of this study were directly involved in the planning, execution or analysis of this study. All authors of this article reviewed and approved the submitted final version.
Conflict of interests. The authors declare no conflict of interest.
УДК 631.37
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ДЕТАЛЕЙ И СБОРОЧНЫХ УЗЛОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С КОМБИНИРОВАННЫМ СПОСОБОМ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ ДЛЯ АПК
А.С. Мясников1, преподаватель С.Д. Фомин2, доктор технических наук, профессор
1ЧПОУ «Газпром колледж Волгоград им. И. А. Матлашова», г. Волгоград 2ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный аграрный университет», г. Волгоград
Дата поступления в редакцию 14.01.2022 Дата принятия к печати 10.03.2023
Актуальность. Перевозка грузов в сфере сельского хозяйства играет важную роль и представляет собой связующее звено всех технологических этапов жизненного цикла сельскохозяйственной продукции. Для перевозки грузов в условиях, характерных для сферы сельского хозяйства, требуются специальные транспортные средства с повышенной проходимостью, технические возможности которых позволяли бы им передвигаться по опорной поверхности с низкой несущей способностью и пересеченному рельефу местности. Имеющиеся и занятые на сегодняшний день в сельскохозяйственной отрасли грузовые автомобили при определенном стечении обстоятельств испытывают затруднения при передвижении или вовсе застревают, что отрицательно сказывается на результатах производственной деятельности. Одним из возможных направлений расширения функциональных возможностей транспортных средств при передвижении по опорной поверхности со слабой несущей способностью и пересеченным рельефом местности является возможность выбора в зависимости от условий работы одного из следующих способов передвижения: качения, шагания или волнового перемещения. Конструкторское воплощение требуемых функциональных возможностей технически реализованы в экспериментальном транспортном средстве с комбинированным способом передвижения. Объект. Объектом исследования являются два наиболее нагруженных от воздействия приложенных силовых факторов сборочных узла экспериментального транспортного средства - рамы с механизмом продольного перемещения кузова и кабины и половины подвижной части продольного перемещения движителей вдоль рамы. Материалы и методы. Методом конечных элементов
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
проведен статическим прочностной анализ рамы с механизмом продольного перемещения кузова и кабины и половины подвижной части продольного перемещения движителей вдоль рамы. Результаты и выводы. От воздействия приложенных к раме с механизмом продольного перемещения кузова и кабины и половине подвижной части продольного перемещения движителей вдоль рамы силовых факторов определены и построены изополя эквивалентных напряжений, коэффициента запаса по прочности и суммарного линейного перемещения элементов рассматриваемых конструкций. Результаты исследований показали, что в рассматриваемых сборочных узлах эквивалентные напряжения не превышают оВ2тах=178,6 МПа, суммарное линейное перемещение составляет не более 3,73 мм, а коэффициент запаса прочности составляет к>2,42 что характеризует экспериментальное транспортное средство как жесткую и прочную конструкцию, способную передвигаться комбинированным способом с технически заложенными степенями подвижности некоторых сборочных узлов.
Ключевые слова: экспериментальные транспортные средства, комбинированные способы передвижения, эквивалентные напряжения, коэффициент запаса прочности, суммарные линейные перемещения.
Цитирование. Мясников А. С., Фомин С. Д. Численное моделирование и анализ напряженно-деформированного состояния конструктивных деталей и сборочных узлов экспериментального транспортного средства с комбинированным способом передвижения для АПК. Известия НВ АУК. 2023. 1(69). 575-587. DOI: 10.32786/2071-9485-2023-01-63.
Авторский вклад. Все авторы настоящего исследования принимали непосредственное участие в планировании, выполнении или анализе данного исследования. Все авторы настоящей статьи ознакомились с представленным окончательным вариантом и одобрили его.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Введение. Транспортные работы являются связующим звеном всех технологических этапов жизненного цикла сельскохозяйственного производства, от результатов деятельности которого зависит качество и товарный вид конечной продукции. Для выполнения в сфере сельского хозяйства транспортных работ используются различные виды и образцы техники, среди которых до 60 % объема грузоперевозок отводится автомобильному грузовому транспорту [11]. Используемый на сегодняшний день при технологических операциях сельскохозяйственного производства грузовой автомобильный транспорт при наличии одного или совокупности таких факторов, как пересеченный рельеф местности, низкая несущая способность опорной поверхности, отсутствие дорог с твердым покрытием и плохие погодные условия, начинает испытывать затруднения при передвижении или вовсе застревает (рисунок 1) [8, 9]. Увеличение сроков выполнения транспортных работ может привести к нарушению технологии производства работ, порче семян или готовой продукции, что в конечном счете приводит к экономическим потерям сельскохозяйственного предприятия.
Ш ,
Рисунок 1 - Работа грузовых автомобилей в полевых условиях на почвах с малой несущей способностью
Figure 1 - Operation of trucks in the field on soils with low bearing capacity
577
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Материалы и методы. Для выполнения транспортных работ в сельском хозяйстве вне зависимости от состояния и вида опорной поверхности, а также снижения влияния погодных условий в работе предлагается транспортное средство, имеющее техническую возможность передвижения различными способами - качением, шаганием, волновым перемещением. Выбор способа передвижения зависит от наличия или отсутствия препятствий на пути передвижения и характера сцепления движителей с опорной поверхностью.
Для исследования автомобиля с комбинированным способом передвижения разработан макет экспериментального транспортного средства, состоящий из следующих основных конструктивных сборочных узлов (рисунок 2, 3) [5, 6, 10, 12, 14]: 1-3 подвижные части продольного перемещения движителей 4 вдоль рамы 5; 6 - механизмы продольного перемещения частей 1-3; 7 - механизмы перемещения движителей 4 в вертикальной плоскости; 8 - механизм продольного перемещения кузова и кабины; 9 -источники энергии; 10 - электрический блок; 11 - пульт управления; 12 - кабина; 13 -кузов; 14 - технологическое оборудование (манипулятор).
Рисунок 2 - Схема экспериментального транспортного средства Figure 2 - Scheme of the experimental vehicle
Каждый из движителей 4 (рисунки 2, 3) экспериментального транспортного средства, благодаря механизмам 6 и 7, имеет соответственно продольную и вертикальную относительно рамы степень свободы, а кузов и кабина за счет работы механизма 8 имеют подвижность в продольном относительно рамы направлении [5, 6].
При передвижении по пересеченному рельефу местности или опорной поверхности с низкой несущей способностью подвижные сборочные узлы экспериментального транспортного средства являются наиболее вероятными центрами возможных деформаций и разрушений под действием нагрузки, складывающейся от собственного веса автомобиля и перевозимого им груза, а также сил сопротивления прямолинейного движения и сил сопротивления поперечному смещению при работе на склонах.
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Рисунок 3 - Общий вид экспериментального транспортного средства Figure 3 - General view of the experimental vehicle
Результаты и обсуждение. Для рассмотрения воздействия нагрузок на экспериментальное транспортное средство в работе при помощи метода конечных элементов выполнены исследования на прочность и жесткость двух наиболее нагруженных сборочных узлов: рамы 5 (рисунок 2, 3) с механизмом продольного перемещения кузова и кабины 8 и половины подвижной части 1 продольного перемещения движителей 4 вдоль рамы 5. Моделирование нагружений осуществляется при помощи персонального компьютера и приложения APM FEM системы автоматизированного проектирования Компас 3D версия V20 [2-4, 7, 13].
В исследованиях на прочность и жесткость сборочных конструктивных узлов экспериментального транспортного средства приняты следующие исходные данные и условия:
- собственная масса экспериментального транспортного средства составляет 48 кг из них 36 кг масса ходовой части с рамой и 12 кг - кузов с кабиной;
- масса перевозимого груза составляет 48 кг;
-сила тяжести экспериментального транспортного средства и перевозимого им груза Р распределяется равномерно на движители, одновременно находящихся в контакте с опорной поверхностью, при выбранном способе передвижения;
- сила тяжести Fc экспериментального транспортного средства составляет 960 Н и распределяется равномерно на число движителей, одновременно находящихся в контакте с опорной поверхностью при выбранном способе передвижения. Минимальное количестве движителей одновременно находящихся в контакте с опорной поверхностью n=4, тогда нагрузка, приходящаяся на один движитель без учета динамики движе-
ния равна F(
с пр 1дв
=240 Н;
- с учетом динамики движения транспортного средства принят коэффициент увеличения нагрузок равный кд=1,5;
- максимальная нагрузка, приходящаяся на один движитель с учетом динамики движения, определяется по формуле:
ртах = р . Ь (1)
гс пр1дв гс пр 1дв кд \1/
Рх =240-1,5=360 Н;
***** ИЗВЕСТИЯ *****
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: № 1 2023
НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
- при работе на склонах под максимальным углом атах=30° сила сопротивления поперечному смещению движителя определяется по формуле:
Р^мп =РТПр1дв- мпЗО0, (2)
Ра =360\?ш300=180 Н
- для определения прочности конструктивные сборочные узлы исследованы по эквивалентному напряжению (по Мезису) и коэффициенту запаса по пределу прочности;
- согласно характеристикам стали марки Ст3 максимальный предел прочности (временное сопротивление) он [МПа] составляет он<435 МПа [14];
- минимальный и технологически достаточный коэффициент запаса по пределу прочности любого сборочного узла и его составных деталей составляет £3>2,4;
- для определения жесткости исследованы конструктивные сборочные узлы по суммарному линейному перемещению;
- движитель транспортного средства принят как конструктивный элемент из однородного твердого несжимаемого материала;
- для проведения прочностного анализа использованы следующие параметры сетки конечных элементов: тип элемента - 4-х узловые тетраэдры; минимальная длина стороны элемента - 0,05 мм; максимальная длина стороны элемента - 5 мм; максимальный коэффициент сгущения на поверхности - 1,2; коэффициент разрежения в объеме - 1,5 [1, 7].
Прочностной анализ рамы 5 (рисунок 2, 3) с механизмом продольного перемещения кузова и кабины 8.
Исследование на прочность рамы с механизмом перемещения кузова и кабины проведено выполнено при их нагрузке силой 600 Н, образуемой весом кабины с кузовом равными 120 Н и весом перевозимого груза равного 480 Н, но с учетом коэффициента увеличения нагрузок kд сила нагружения рассматриваемых конструктивных элементов равна 900 Н.
Тип нагружения - распределенная сила, место приложения - механизм продольного перемещения кузова и кабины, установленный в центральном положении. Закрепление рамы выполнено в местах установки 4-х движителей, которые, в свою очередь, расположены в крайнем заднем положении относительно своих рабочих диапазонов, определенных технически заложенный в конструкцию величиной (рисунок 4).
Области закрепления рамы Области приложения нагрузки Р=900 Н
Рисунок 4 - Схема закрепления рамы и приложения нагрузки к механизму продольного
перемещения кузова и кабины
Figure 4 - Frame fixing scheme and load application to the mechanism of longitudinal movement
of the body and cabin
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Моделирование нагружения рамы с механизмом продольного перемещения кузова и кабины показало, что максимальные эквивалентные напряжения составляют оВ1таУ=13,1 МПа и возникают в месте крепления к раме направляющих для закрепления механизма продольного перемещения кузова и кабины, а минимальные равны оВшг=0,0027 МПа и возникают в контуре рамы со стороны ее закрепления. Изополя эквивалентных напряжений при загрузке рамы и механизма продольного перемещения кузова и кабины силой Р представлены на рисунке 5 [3, 7].
При возникающих в раме эквивалентных напряжениях коэффициент запаса по пределу прочности изменяется в интервале от 5,95 до 10, что соответствует требуемым параметрам (кз >2,4) условий проведения исследований.
При рассматриваемых в исследовании условиях максимальное суммарное линейное перемещение элементов сборочного узла составляет 3,47 мм и наблюдается в контуре рамы со стороны где ее закрепление отсутствует. Возникшие максимальные линейные перемещения обусловлены тем, что с одной стороны относительно центра тяжести рамы отсутствует контакт с опорной поверхностью на этапе отрыва от нее движителей подвижной части [2, 3, 7]. Изополя суммарного линейного перемещения элементов рамы с механизмом продольного перемещения кузова и кабины (без смещения) в результате приложения нагрузки Р представлены на рисунке 6.
Рисунок 5 - Изополя эквивалентных напряжений рамы с механизмом продольного перемещения кузова и кабины в результате приложения нагрузки Р
Figure 5 - Isofields of equivalent stresses of the frame with the mechanism of longitudinal movement of the body and cabin as a result of the application of load P
Для снижения линейных перемещений элементов рамы при передвижении способом шагания в момент отрыва движителей от опорной поверхности в конструкции транспортного средства предусмотрен механизм продольного перемещения кузова и кабины 8 (рисунок 2, 3), позволяющий изменять положение центра тяжести вдоль рамы на 300 мм в каждую из сторон от центрального положения. Моделирование нагружения рамы с механизмом продольного перемещения кузова и кабины при его максимальном раздвижении в противоположную сторону от движителей, отрыв которых происходит перед выполнением «шага» показало, то максимальные и минимальные эквивалентные напряжения соответственно составляют овтах=65,9 МПа и o£min=0,0055 МПа, при этом коэффициент запаса по пределу прочности изменяется от 6,57 до 10, а максимальные линейные перемещения воз-
***** ИЗВЕСТИЯ *****
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: № 1 2023
НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
никают в механизме продольного перемещения кузова и кабины в крайней области смещенной его части и составляют 0,4 мм. Изополя суммарного линейного перемещения элементов рамы с механизмом продольного перемещения кузова и кабины при его раздвиже-нии в результате приложения нагрузки Р представлены на рисунке 7.
продольного перемещения кузова и кабины (без смещения) в результате приложения нагрузки Р
Figure 6 - Isofields of the total linear displacement of the frame elements with the mechanism of longitudinal movement of the body and cabin (without displacement) as a result of the application
ofthe loadР
РтЧ АПМ Изотопе с минимальным
' * ' проявлением показателя
Рисунок 7 - Изополя суммарного линейного перемещения элементов рамы с механизмом продольного перемещения кузова и кабины (со смещением) в результате приложения нагрузки Р
Figure 7 - Isofields of the total linear displacement of the frame elements with the mechanism of longitudinal movement of the body and cabin (with offset) as a result of the application of the load Р
Использование механизма продольного перемещения кузова и кабины позволило более равномерно перераспределить нагрузку Р между двумя подвижными частями 2, 3 (рисунок 2, 3), движители которых находятся в контакте с опорной поверхностью, тем самым увеличить коэффициент запаса прочности с 5,95 до 6,57, а также снизив максимальные эквивалентные напряжения на 7,2 МПа и суммарные линейные перемещения на 3,07 мм.
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Результаты исследования рамы с механизмом продольного перемещения кузова и кабины в результате приложения нагрузки Р показали, что прочностные характеристики исследуемых сборочных узлов при распределении силовых факторов в момент отрыва двух движителей от опорной поверхности при условии использования технической возможности переноса центра тяжести позволяют экспериментальному транспортному средству с большим запасом прочности и жесткости выполнять поставленные задачи при шагающем или волновом способах передвижения по пересеченному рельефу местности или опорной поверхности со слабой несущей способностью.
Прочностной анализ половины подвижной части продольного перемещения движителя вдоль рамы.
Исследование на прочность половины подвижной части продольного перемещения движителя вдоль рамы проведено при вертикальной нагрузке РВ=360 Н, силы сопротивления прямолинейного движения Р^^рив =360 Н и силы сопротивления поперечному смещению движителя РСпоп=180 Н. Тип нагружения Р^щ, РСпоп - распределенная сила. Места приложения нагрузок: ¥В - механизм продольного перемещения половины подвижной части 1 (рисунок 2, 3); рСир, ^Стт - области, расположенные в нижней части движителя, соответственно в продольной и поперечной плоскостях его расположения относительно фрагмента рамы (рисунок 8). Закрепление сборочного узла выполнено согласно рисунку 8. Механизм перемещения движителя в вертикальной плоскости установлен в положение, обеспечивающее максимальный зазор между движителем и фрагментом рамы, что вызывает при схеме загрузки (рисунок 8) рассматриваемого сборочного узла максимальное воздействие приложенных силовых факторов [1, 7].
Рисунок 8 - Схема закрепления и приложения нагрузок к половине подвижной части продольного перемещения движителя вдоль рамы
Figure 8 - Scheme of fastening and application of loads to half of the moving part of the longitudinal
movement of the mover along the frame
Моделирование нагружения сборочного узла половины подвижной части продольного перемещения движителя показало, что максимальные эквивалентные напряжения составляют 0B2max=178,6 МПа и возникают в области крепления двигателя к стойке механизма вертикального перемещения движителя. Большие эквивалентные напряжения также наблюдаются в области крепления движителя к двигателю. Мини-
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
мальные напряжения возникают в каретке механизма продольного перемещения движителя и равны оВ2тп=0,0011 МПа. Изополя эквивалентных напряжений при загрузке сборочного узла силами FВ , FCnP, FCnOn представлены на рисунке 9.
В результате возникающих в составных деталях конструкции эквивалентных напряжениях коэффициент запаса прочности изменяется в интервале 2,42< к <10, что соответствует допускаемому показателю условий проведения исследования [2-4, 13]. Изополя распределения коэффициента запаса прочности по конструкции половины подвижной части продольного перемещения движителя вдоль рамы в результате приложения сил FВ , FCnP, FCnOn представлены на рисунке 10.
M АПМ
178.6
167.4 156.2 145.1 133.9
122.5
111.6 100.4
Изополе с минимальным проявлением показателя
33.45 I 22.32
Изополе с максимальным проявлением показателя
Рисунок 9 - Изополя распределения эквивалентных напряжений на половине подвижной части продольного перемещения движителя вдоль рамы в результате приложения нагрузки FB , Ff^p, F^^On
Figure 9 - Isofields of the distribution of equivalent stresses on the half of the moving part of the longitudinal movement of the mover along the frame as a result of the application of the load FB , F^p,, Ff^n
Рисунок 10 - Изополя распределения коэффициента запаса прочности по конструкции половины подвижной части продольного перемещения движителя вдоль рамы в результате приложе-
„ Т7 rmax т-max
ния нагрузки Fb , Fc Пр, Fc поп
Figure 10 - Isofields of the distribution of the safety factor for the design of the half of the moving part of the longitudinal movement of the mover along the frame as a result of the application of the
load Fb Fmax Fmax
В c пр c поп
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
От приложенных к конструкции половины подвижной части продольного перемещения движителя силовых воздействий возникает максимальное линейное перемещение элементов равное 3,73 мм и наблюдается в нижней образующей движителя и объясняется тем, что в данной области действуют изгибающие моменты от приложенных сил FC1щ, F™0„, причем плечом моментов является длина, на которую технически максимально возможно переместить от рамы движитель с помощью механизма его вертикального перемещения. Минимальные перемещения наблюдаются во фрагменте рамы, который находится в контакте с кареткой механизма продольного перемещения движителя. Изополя линейных перемещений элементов половины подвижной части продольного перемещения движителя вдоль рамы от приложенных нагрузок FВ , FC1щ, Р'споп представлены на рисунке 11.
М АПМ
3.495 3.265 3.032 2.799 2.556 2 332 2.099
1.вее
1.633 1.399
1 лее
0.933 0.6997 0.4665 0.2332
Изополе с минимальным проявлением показателя
Изополе с максимальным проявлением показателя
Рисунок 11 - Изополя суммарного линейного перемещения элементов половины подвижной части продольного перемещения движителя вдоль рамы в результате
приложения нагрузки FB , F^^p, FC^On
Figure 11 - Isofields of the total linear displacement of elements half of the moving part of the longitudinal movement of the mover along the frame as a result of the
application of the load FB , Fa, F^^
nax
; поп
Проведение исследования на прочность конструкции половины подвижной части продольного перемещения движителя в результате приложения сил FВ , FClпр, FC7п0n показало, что возникающие в деталях и местах их соединений эквивалентные напряжения не превышают аВ2тах=178,56 МПа, суммарное линейное перемещение составляет не более 3,73 мм, а коэффициент запаса прочности равен ^=2,42, что позволяет характеризовать сборочный узел как прочную и жесткую конструкцию, способную выдерживать максимально закладываемую в характеристики экспериментального транспортного средства нагрузку, приходящуюся и равномерно распределенную при шагающем или волновом способе передвижения на четыре движителя.
Выводы: Проведенный анализ напряженно-деформированного состояния наиболее нагруженных от собственного веса экспериментального транспортного средства и перевозимого им груза сборочных узлов показал, что в случае изменения спосо-
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
ба передвижения с режима качения на режим шагания сопровождающийся необходимостью отрыва двух движителей одной из подвижных частей, рама с механизмом продольного перемещения кузова и кабины, а также подвижные части продольного перемещения движителей, находящихся в контакте с опорной поверхностью, проходят испытания на прочность и жесткость. Заложенные в конструкцию экспериментального транспортного средства технические решения, позволяющие в зависимости от рельефа местности и состояния несущей способности опорной поверхности выбирать способ и скорость передвижения, формируют новые направления для повышения проходимости мобильной техники и на их основе разработке новых или модернизации уже имеющихся видов и моделей транспортных средств для использования в различных сферах хозяйственной деятельности человека, включая сельское хозяйство.
Библиографический список
1. Азбука системы автоматизированного проектирования Компас-SD V20. https://kompas.ru/source/info_materials/2020/Азбука0/o20 КОМПАС-SD.
2. Арьков Д. П., Гуреева Н. А. Применение смешанного метода конечных элементов для прочностных расчетов силосов, предназначенных для хранения зерна // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2011. № 4 (21).
S. Гуреева Н. А., Клочков Ю. В., Николаев А. П. Применение МКЭ в смешанной формулировке для прочностных расчетов инженерных сооружений АПК // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2009. № 2 (14). С. 12S-129.
4. Исина Г. Т., Фахрутдинов Г. С., Сапенова Д. К. Численный метод расчета конструкций по методу конечных элементов (МКЭ) // Наука и техника Казахстана. 2010. № 2.
5. Мясников А. С., Фомин С. Д. Повышение проходимости машинно-тракторных агрегатов на основе оптимизации способов передвижения // Перспективные тенденции развития научных исследований по приоритетным направлениям модернизации АПК и сельских территорий в современных социально-экономических условиях: мат. нац. науч.-практич. конф., Волгоград, 2021. Том III. С. 451-457.
6. Мясников А. С., Фомин С. Д. Повышение профильной проходимости транспортных средств для перевозки грузов в сельском хозяйстве // Известия НВ АУК. 2022. 4 (68).
7. Прочностной анализ элементов пленкоукладчика / А. Ж. Касенов, К. К. Абишев, П. О. Быков, Р. Б. Муканов, А. Т. Амеркулов // Наука и техника Казахстана. 2020. № 4.
8. Пути дальнейшей модернизации транспортных средств для АПК / Н. В. Бышов, С. Н. Борычев, И. А. Успенский, И. А. Юхин, Д. С. Рябчиков, С. Н. Кулик // Научный журнал КубГАУ. 2016. № 12S (09).
9. Современная техника для АПК и перспективы ее модернизации / Н. И. Верещагин, Г. Д. Кокорев, С. В. Колупаев, В. А. Шафоростов, А. С. Колотов, А. А. Уткин, С. Н. Гусаров // Научный журнал КубГАУ. 2016. № 120 (06).
10. Сравнительный анализ колесных, гусеничных и шагающих машин / Е. С. Брискин, В. В. Чернышев, А. В. Малолетов, Н. Г. Шаронов // Робототехника и техническая кибернетика. 201S. № 1. C. 6-14.
11. Тенденции перспективного развития сельскохозяйственного транспорта / И. А. Успенский, И. А. Юхин, Д. С. Рябчиков, А. С. Попов, К. А. Жуков // Научный журнал КубГАУ. 2014. № 101 (07).
12. Analysis and justification of the layout of a multipurpose machine for the development of mineral deposits / A. Z. Kassenov, K. K. Abishev, B. N. Absadykov, V. S. Yessaulkov, A. B. Bolato-va // News of the National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan, Series of Geology and Technical Sciences. 2022. V. 1 (451). P. 6S-68.
1S. Kosachev V. S., Koshevoy E. P., Podgorny S. A. Using rounding function in problems of finite-element analysis // Studies in mathematical science. 2012. Vol. 4. № 2. P. 17-24.
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
14. Walking machines (elements of theory, experience of elaboration, application) / E. S. Briskin [et al.] // Emerging Trends in Mobile Robotics: proc. of the 13th Int. Conf. on Climbing and Walking Robots and the Support Technologies for Mobile Machines. Japan, 2010. P. 769-776.
Информация об авторах Мясников Алексей Сергеевич, преподаватель ЧПОУ «Газпром колледж Волгоград им. И.А. Матлашова» (400011, Волгоград, Университетский пр-кт, д.71.), тел. 8-937-536-90-03, e-mail: [email protected].
Фомин Сергей Денисович, доктор технических наук, профессор кафедры "Механика" ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный аграрный университет» (400002, Волгоград, проспект Университетский, 26), тел. 8-927-521-88-55, e-mail: [email protected]
DOI: 10.32786/2071-9485-2023-01-64 THE EFFECTIVENESS OF THE USE OF HUMIC-SILICON MELIORANT IN TECHNOLOGIES OF RECULTIVATION OF DEGRADED LANDS T AGRICULTURAL FACILITIES
E. G. Meshcheryakova, V. S. Bocharnikov, M. P. Meshcheryakov,
O. V. Bocharnikova
Volgograd State Agrarian University, Volgograd, Russia Received 12.01.2023 Submitted 15.03.2023
Summary
The concept of "soil pollution" can be interpreted as the presence and accumulation of substances of organic and inorganic origin in it that are not related to the processes of soil formation and prevent them. Such pollutants can be: heavy metals, petroleum hydrocarbons, radionuclides, salts, pesticides, etc. Exceeding the maximum permissible values established by regulatory documents by these pollutants not only violates and changes the morphological, physico-chemical composition and properties of soils, reduces their quality, reducing fertility, inhibiting the development of beneficial soil microflora, but can also lead to complete degradation of lands, turning them into a destructive mass for plant growth. Of course, the most important thing from the point of view of preventing such consequences is the rational use of natural resources and measures related to the prevention of pollution of agricultural lands, the productive use of which ensures the food security of our country, affects the stable production of high-quality agricultural products. But in the conditions of development and constant increase of production capacities in various fields, the number of man-made hazards leading to soil disturbance, land contamination is increasing. This situation requires the development and rapid application of countermeasures that will allow in the shortest possible time to stabilize and eliminate this or that pollution and restore, and in some cases improve the native properties of disturbed soil, including by accelerating the processes of its self-healing.
Abstract
Relevance. The main causes of soil pollution are anthropogenic human activity, the greatest importance from the point of view of preventing such consequences is played not only by rational nature management and measures related to the prevention of pollution of agricultural land, but also the development of technological solutions and preparations of natural origin catalysts of soil-forming processes, for a significant reduction in the terms of reclamation of disturbed agricultural land. An object. The catalytic properties of sorbing meliorants of natural origin, affecting soil formation processes, physico-chemical composition and morphology of soils when used on agricultural lands, were studied. A preparation based on natural zeolite and humic acid was used as a soil improver and its effect on the germination of vegetable seeds was evaluated. Materials and methods. In the course of the research, the authors were guided by modern methods and current requirements for conducting experiments, summarizing the results, calculating the necessary indicators. The materials of scientific works by other authors investigating the use of natural sorbents of meliorants in the process of reclamation of disturbed lands were studied, this experience was used when writing the article. Results and conclusions. As a result of our research, a humic-silicon meliorant has
