CC BY
28
УДК 631.316.02-001.5
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УПРУГИХ СВОЙСТВ ПРУЖИННОЙ СТОЙКИ VIBROFLEX
А. А. Отченашев
Донской государственный технический университет, Ростов-на-Дону, Российская Федерация 7djxxx@mail.ru
Излагаются результаты экспериментального и расчётного определения траекторий носка лапы культиватора на пружинной стойке типа Vibroflex. Траектория определялась экспериментально, нагружениями на стенде, и аналитически, с помощью программных средств, учитывающих конфигурацию стойки. Установлен диапазон нагружения стойки при котором траектория не выходит за пределы агродопуска. Точность совпадения расчётных и экспериментальных траекторий составила 15%.
UDC 631.316.02-001.5
DETERMINATION OF THE ELASTIC PROPERTIES OF THE SPRING TINE VIBROFLEX
A. A. Otchenashev
Don State Technical University, Rostov-on-don, Russian Federation
7djxxx@mail.ru
The article presents the results of experimental and calculation determination of movement patterns of the cultivator blades on the spring tine Vibroflex. The movement patterns were determined experimentally by loading, on the stand the estimated movement patterns were calculated on the configuration of the tine. The authors determined the range of tine loading at which the trajectory does not go beyond the movement pattern. The accuracy of coincidence of the calculated and experimental trajectories is not more than 15%.
Ключевые слова: сельскохозяйственная техника, культиваторы, пружинные стойки, упругие свойства, эксперимент, расчёт.
Keywords: agricultural machinery, cultivators, spring tine, elastic properties, experiment, calculation.
Введение. В современном культиваторостроении для крепления лап к раме широко применяются пружинные стойки. Считается, что пружинные стойки благодаря упругости получают при работе значительные вибрации, благотворно влияющие на процессы взаимодействия лапы с почвой: снижается «залипаемость», уменьшаются энергозатраты, повышается качество обработки почвы.
Однако у пружинных стоек есть недостатки. Под действием нагрузки Р на рабочий орган пружинная стойка деформируется и рабочий орган получает упругие смещения ^ носка лапы и поворот на угол 9 (рис. 1). Упругие смещения искажают режимы резания: глубину хода и геометрию резания, что нарушает равномерность хода по глубине и увеличивает тяговое сопротивление.
Следовательно, величина и направление упругих смещений лап на пружинных стойках должна нормироваться и контролироваться. Иными словами, необходим мониторинг упругих свойств применяемых пружинных стоек с соответствующим методическим и техническим обеспечением. Такое обеспечение разрабатывается и совершенствуется в ДГТУ под руководством проф. Игнатенко И. В. в рамках нового научного направления — теории терраупругости [1].
Объект исследования. В настоящей работе излагаются результаты мониторинга современной пружинной стойки типа УЛгойех (рис. 2), отличающейся повышенной выносливостью и способностью работать в тяжёлых условиях. Стойка является составной, ее упругая верхняя часть имеет широкий профиль с сечением 10х150 мм, что повышает прочность и поперечную жёсткость. Масса стойки с узлом крепления составляет 15,9 кг.
Рис. 2. Стойка УШгоАех
Показатели упругих свойств. Показателями упругих свойств стоек почвообрабатывающих машин в теории терраупругости являются матрица жёсткости и угловые искажения стойки, измеряемые на носке лапы при номинальной нагрузке. Такие показатели для разных стоек приведены в монографии [2], однако они не имеют достаточной наглядности. Более иллюстративны траектории упругих смещений носка лапы под нагрузкой, демонстрирующие режим работы стойки, искажения глубины хода и предельные нагрузки при выходе лапы за пределы агродопуска.
Вышеупомянутые упругие траектории определялись расчётным (по конфигурации стойки) и экспериментальным путём. Экспериментальное определение упругих траекторий носка лапы проводилось на специальном нагрузочном стенде [3].
Методика экспериментального исследования. Для экспериментального исследования использовался стенд (рис. 3) с механизмом статического нагружения. Исследуемая стойка 1 крепится на раме 2 стенда. Нагрузка прикладывается на носок лапы тягой 3 от винтового механизма 5 через динамометр 4.
Рис. 3. Нагрузочный стенд со стойкой УШгоАех: 1 — пружинная стойка;
2 — рама; 3 — тяга; 4 — динамометр; 5 — винтовой механизм нагружения;
6 — суппорт; 7 — столик; 8 — рейсмус; 9 — муфта с рычагом
Механизм нагружения установлен на суппорте 6, который может перемещаться по вертикали, что позволяет точно поддерживать горизонтальность приложения нагрузки независимо от упругих смещений носка лапы. Для удобств контроля выглубления носка лапы он соединён с рычагом на подвижной муфте 9. Рычаг увеличивает смещения. Горизонтальные смещения носка проецируются рейсмусом 8 на столике 7 и фиксируются на бумаге.
Для сравнения упругих свойств разных лап в качестве нагрузки была принята горизонтальная сила Р=РХ. Измерялись смещения двух точек: А — носка рабочего органа и Е — верхнего обреза лапы. Величину нагрузки измеряли динамометром. Нагрузку прилагали ступенчато, по 20 кГс, так, чтобы во всём диапазоне нагружения получалось 8-10 замеров.
Смещения точек замерялись по двум координатам: по горизонтали Х и по вертикали Х. Результаты измерений приведены в таблице 1.
Таблица 1
Результаты измерений упругих смещений на стенде
Рх, Ха, Ха, ХЪ, ХЪ, АХА , АХе , 0,
кГс мм мм мм мм мм мм град.
0 155 0 190 0 0 0 0
20 158 27 193 6 3 17 5
40 161 54 202 22 6 25 7,3
60 167 81 210 46 12 35 10,3
80 172 108 220 71 17 55 16,4
100 180 135 228 85 25 74 22,3
120 193 162 237 114 38 95 29,1
140 208 189 248 123 53 115 36,1
По данным измерений в таблице рассчитаны столбцы:
Ь2А1 = 2АГ1АО , Д^Ег =2е1 - 2Е0 . Угол поворота лапы 9г определялся по формуле:
9 г = агс$т(А2Е/Ь) - агсят(А2Е0/Ь),
(1) (2)
(3)
где Ь — расстояние между точками А и Е.
Определение траектории расчётным путём. Расчёт проводился по конфигурации стойки с помощью компьютерной программы ЗТгиЬз в среде ЫайаЪ. Алгоритм программы использует для определения смещений криволинейной стойки, располагающейся в продольно-вертикальной плоскости, интеграл Мора. На первом этапе была проведена оцифровка конфигурации стойки, для чего её копировали на бумагу; на осевой линии стойки намечали точки с шагом 10 мм; для каждой точки определяли координаты х и г, ширину Ь и высоту к текущего сечения стойки.
Данные по конфигурации были внесены в программу ЗТгиЬз в виде массива [ЕГ\=\гг , хг, Ь, к] , г=1, 2,..., N. Перед запуском в программе $>ТгиЫ задавались параметры: Р=140 кГс, Ш=10, N=134. В результате работы программы в среде Ыа^аЬ были получены график деформации стойки (рис. 4) и траектория носка рабочего органа (рис. 5).
501]
МО
500
400
300
100
0L
■200 -150 -100 -50
0 50 100 150
Рис. 5. График деформации стойки, полученной на ЭВМ
Рис. 6. Траектория носка лапы под нагрузкой: 1 — расчётная кривая; 2 — экспериментальная кривая
Сравнение расчётных и экспериментальных данных. Определение расхождения теоретических и экспериментальных данных производилось по формуле:
1
8 =-Е
П г=1
Р - Э
Р
(4)
где Р — расчётные значения ДZА; Э — экспериментальные значения Д2А; п — число экспериментальных точек из таблицы 1, п=7.
Подставив экспериментальные данные в формулу, в численном выражении получаем:
8 = 1 ЕЕ — = V и 8-6 и 13-12и 20-17и и И-58и 55-53 V 0,11.
Р 8 У 4 ) У 8 ) У 12 ) У 20 ) У 28 ) У 41 ) У 55 ) Расчёт показывает, что расхождение экспериментальных и теоретических значений упругих смещений носка лапы не превышает 12 %.
Выводы. Анализ траектории носка лапы под нагрузкой показывает, что пружинная стойка имеет режим работы с сопутствующим выглублением и обладает развитым предохранительным эффектом. Максимальная нагрузка, при которой достигается граница агродопуска, равная 10 мм, составляет примерно 80 кГс, что в два раза превышает рабочую нагрузку наиболее распространённых ¿-образных стоек типа Kongskilde [3]. При этом угловые искажения ниже примерно в 1,5 раза. Пружинная стойка имеет развитое выглубление и способна превысить показатели традиционных пружинных стоек по нагрузкам — в 2 раза и по массе — в 3,8 раза.
Библиографический список
1. Игнатенко, И. В. Задача терраупругости в почвообработке / И. В. Игнатенко // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. — 2008. — Т. 8, № 3(38). — С. 268-277.
2. Игнатенко, И. В. Энергетические аспекты взаимодействия упруго закреплённого рабочего органа с почвой в земледельческой механике / И. В. Игнатенко. — Ростов-на-Дону : Издательский центр ДГТУ, 2002. — 160 с.
3. Игнатенко, И. В. Измерение жёсткости крепления упругих стоек культиватора / И. В. Игнатенко, А. Валяев // Интерагромаш : сб. статей 8-ой междунар. науч.-практ. конф. — Ростов-на-Дону, 2015. — С. 122-126.
