CC BY
7Вестник РГАТУ, № 1 (37), 2018
APK Rossii: Sb. nauch. dokladov Mezhdunarodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii, posvyashchennoy 145-letiyu so dnya rozhdeniya osnovopolozhnika zemledel'cheskoy mekhaniki V.P. Goryachkina. - M.: VIM, 2013. - CH. 2. - S. 241-244.
2. Bychkov, V.V. Analiz issledovaniy vliyaniya razlichnykh faktorov na sokhrannost' fruktov pri vnutrikhozyaystvennykhperevozkakh/V.V. Bychkov, I.A. Uspenskiy, I.A. Yukhin//Plodovodstvoiyagodovodstvo Rossii: Sb. nauch. rabot - M.:GNU VSTISP Rossel'khozakademiii, 2012. - T.XXX. - S. 463-469.
3. Uspenskiy, I.A. Tendentsiiperspektivnogo razvitiya sel'skokhozyaystvennogo transporta /I.A. Uspenskiy, I.A. Yukhin, D.S. Ryabchikov i dr. // Politematicheskiy setevoy elektronnyy nauchnyy zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta (Nauchnyy zhurnal KubGAU). - Krasnodar: KubGAU, 2014. - № 07 (101). - S. 2062-2077. - IDA: 1011407136. - Rezhim dostupa: http://ej.kubagro.ru/2014/07/pdf/136.pdf.
4. Shemyakin, A.V. Ustroystvo dlya razgruzki sypuchikh materialov iz bunkera / A.V. Shemyakin, K.V. Gaydukov, Ye.YU. Shemyakina, V.V. Terent'yev//Mekhanizatsiya i elektrifikatsiya sel'skogo khozyaystva. -2008. - № 7. - S. 47.
5. Shemyakin, A.V. Prognozirovaniye kachestva raboty kartofeleuborochnoy mashiny / A.V. Shemyakin, M.YU. Kostenko, V.V. Terent'yev, N.A. Kostenko//Sel'skiy mekhanizator. - 2013. - № 5 (51). - S. 6-7.
6. Yukhin, I.A. Snizheniye povrezhdeniy kartofelya i yablok na vnutrikhozyaystvennykh perevozkakh stabilizatsiyey transportnykh sredstv: diss... kand. tekhn. nauk/I.A. Yukhin. - Ryazan', 2016. - 170 s.
7. Pustovalov V.S. Sovershenstvovaniye tekhnologicheskogo protsessa vyvozki yablok iz sada i obosnovaniye parametorov vibratsionnoy ustanovki dlya uplotneniya ikh v konteynerakh: diss... kand. tekhn. nauk/ V.S. Pustovalov. - Michurinsk, 1984. - 90 s.
8. Piskachev, I.A. Faktory, vliyayushchiye na snizheniye sokhrannosti kachestva kartofelya pri transportirovke / I.A. Piskachev // Novaya nauka: opyt, traditsii, innovatsii: Mezhdunarodnoye nauchnoye periodicheskoye izdaniye po itogam Mezhdunarodnoy nauchno- prakticheskoy konferentsii. - Sterlitamak: AMI, 2016. - CH.3 - S. 159.
9. Uspenskiy, I. A. Algoritm sokhraneniya kachestva plodoovoshchnoy produktsii pri uborochno-transportnykh rabotakh /I.A. Uspenskiy, I.A. Yukhin, S.V Kolupayev, K.A. Zhukov // Tekhnika i oborudovaniye dlya sela. - 2013. - №12. - S. 12 - 15.
10. Kolchin, N.N. Snizheniye urovnya povrezhdeniy kartofelya i ovoshchey v mashinnykh tekhnologiyakh /N.N. Kolchin, V.P. Yelizarov//Sel'skokhozyaystvennyye mashiny i tekhnologii- 2013. - № 6. - S. 18-21.
11. Piskachev, I.A. Perevozka gruzov v sel'skom khozyaystve / I.A. Piskachev, V.V. Terent'yev, A.V. Shemyakin//Sb.: Innovatsionnoye razvitiye sovremennogo agropromyshlennogo kompleksa Rossii: Materialy natsional'noy nauchno-prakticheskoy konferentsii. - Ryazan', 2016. - S. 175-178.
УДК 631.53.01
ПРЕДПОСЫЛКИ К РАСЧЕТУ УСТОЙЧИВОСТИ САМОЗАГРУЖАЮЩЕЙСЯ МАШИНЫ
ШЕМЯКИН Александр Владимирович, д-р техн. наук, доцент, зав. кафедрой организации транспортных процессов, безопасности жизнедеятельности и физического воспитания (ОТП, БЖД и ФВ), [email protected]
АНДРЕЕВ Константин Петрович, ст. преп. кафедры ОТП, БЖД и ФВ, [email protected] ТЕРЕНТЬЕВ Вячеслав Викторович, канд. техн. наук, доцент кафедры ОТП, БЖД и ФВ, [email protected]
Рязанский государственный агротехнологический университет им. П.А. Костычева
ЕРОШКИН Андрей Дмитриевич, студент 3 курса, Рязанский государственный агротехнологический университет им. П.А. Костычева, [email protected]
Минеральные удобрения в настоящее время поставляются в мягких одноразовых контейнерах массой от 0,5 до 1,0 т. Чтобы исключить использование вспомогательного транспорта, нами предлагается применение экспериментальной самозагружающейся машины для внесения твердых минеральных удобрений. Для повышения эксплуатационной надежности и исключения опрокидывания следует уточнить влияние грузоподъемных механизмов на устойчивость погрузчика. При проектировании погрузчиков производят технологический расчет, определяют основные кинематические и механические параметры, рассчитывают узлы и детали погрузчиков на прочность. На основании технологического расчета выбирают тип погрузчика, его грузоподъемность и трактор для агрегатирования с погрузчиком. Трактор для навески на него погрузчика выбирают в зависимости от веса погрузчика и его грузоподъемности. При этом основными факторами, определяющими выбор трактора, являются допустимые нагрузки на колеса или гусеницы трактора и устойчивость всего агрегата. Максимальные нагрузки могут быть вызваны максимальными статическими сопротивлениями (отрыв слежавшегося материала от основной его массы), резкими пусками и торможениями механизмов, максимальным допустимым уклоном рельефа, максимальной силой
© Шемякин А. В., Андреев К. П., Терентьев В. В., Ерошкин А. Д., 2018 г.
Технические науки
<1
ветра. По этим нагрузкам рассчитывают прочность и устойчивость погрузчика в целом и отдельных его элементов. При этом необходимо иметь в виду, что общий вес погрузчика с грузом и самого трактора не должен превышать допустимых нагрузок на ходовые элементы трактора. Использование самозагружающейся машины для внесения твердых минеральных удобрений с грузоподъемным устройством позволяет исключить применение вспомогательной погрузочно-разгрузочной техники, сократить количество обслуживающего персонала и время на выполнение технологического процесса погрузки и разгрузки, транспортировки и внесения удобрений.
Ключевые слова: технология, машина для внесения, устройство, механизмы, погрузчик, устойчивость, производительность.
Введение
Повышение эффективности работы сельскохозяйственной техники является одной из главных задач сельхозпроизводителей. Эффективность работы напрямую зависит от совершенствования конструктивных параметров рабочих органов, а также от повышения производительности средств механизации. Минеральные удобрения в настоящее время поставляются в мягких одноразовых контейнерах массой от 0,5 до 1,0 т. Для загрузки в бункеры машин используют вспомогательные грузоподъемные устройства и машины, что требует дополнительных эксплуатационных и трудовых затрат. Чтобы исключить использование вспомогательного транспорта, нами предлагается применение экспериментальной самозагружающейся машины для внесения твердых минеральных удобрений [1]. Используя данную машину, возможно повысить производительность технологического процесса внесения удобрений за счет совмещения погрузочно-разгрузочных работ и транспортировки удобрений на поле. Разработанная машина представляет собой навесное центробежное устройство, агрегатируемое с подъемником мягких одноразовых контейнеров массой до 1 т [2,3]. Для повышения эксплуатационной надежности и исключения опрокидывания следует уточнить влияние грузоподъемных механизмов на устойчивость погрузчика. Обоснование этих параметров позволит уточнить конструкцию грузоподъемного устройства, отвечающего современным требованиям для применения в сельском хозяйстве.
Предпосылки исследований
При проектировании погрузчиков производят технологический расчет, определяют основные кинематические и механические параметры, рассчитывают узлы и детали погрузчиков на прочность. На основании технологического расчета выбирают тип погрузчика, его грузоподъемность и трактор для агрегатирования с погрузчиком. При технологическом расчете определяют сменную производительность погрузчика в т или м3
(1)
ЦТ =цг Г К
"см "ч'см^^с
3600К
1Г„ = ... р
где
-производительность за 1 час
чистой работы, т или м3;
Vp - количество захватываемого рабочим органом материала за 1 раз, м3;
Тц - продолжительность одного цикла работы, сек;
- продолжитель-ность смены, ч;
Кс - общий коэффициент использования сменного времени, который можно принимать
равным 0,75-0,8.
Трактор для навески на него погрузчика выбирают в зависимости от веса погрузчика и его грузоподъемности. При этом основными факторами, определяющими выбор трактора, являются допустимые нагрузки на колеса или гусеницы трактора и устойчивость всего агрегата. Из разнообразных случаев сочетаний нагрузок, действующих на погрузчик во время его работы, можно выделить два основных.
Первый случай - нормальные нагрузки рабочего состояния. Это нагрузки, которым подвергается погрузчик при работе в нормальных условиях эксплуатации (номинальный вес груза, плавные пуски и торможения, нормальный уклон рельефа). По этим нагрузкам рассчитывают выносливость (усталость), долговечность, износ и нагрев. При переменных значениях нагрузок, в том числе веса поднимаемого груза, расчет следует вести не по максимальной их величине, а по среднему значению.
Второй случай - максимальные нагрузки рабочего состояния. Это предель-ные нагрузки, которым подвергается погрузчик в наиболее тяжелых условиях при работе с полным грузом. Максимальные нагрузки могут быть вызваны максимальными статическими сопротивлениями (отрыв слежавшегося материала от основной его массы), резкими пусками и торможениями механизмов, максимальным допустимым уклоном рельефа, максимальной силой ветра. По этим нагрузкам рассчитывают прочность и устойчивость погрузчика в целом и отдельных его элементов. Максимальные нагрузки рабочего состояния обычно ограничиваются соответствующими устройствами, например, срабатыванием предохранительных и замедлительных клапанов гидравлической системы, срезом контрольных штифтов и т. п. [4].
Механизм подъема стрелы самозагружающейся машины должен обеспечивать возможность захвата рабочим органом мягких контейнеров в любом положении (рис. 1).
Расчет устойчивости погрузчика
При определении основных параметров погрузчика необходимо рассчитать устойчивость трактора с навесным погрузчиком и определить нагрузки на ходовые элементы как неподвижного трактора, так и при движении. При этом необходимо иметь в виду, что общий вес погрузчика с грузом и самого трактора не должен превышать допустимых нагрузок на ходовые элементы трактора. Кроме того, необходимо определить силовые параметры гидравлических цилиндров всех механизмов погрузчика, при этом расчет должен вестись по отрывному усилию, которое должно в 2-3 раза превышать грузоподъемность погрузчика.
Вестник РГАТУ, № 1 (37), 2018
1 - бункер-питатель, 2 - центробежный разбрасывающий диск с механизмом привода, 3 - карданная передача, 4 - конический редуктор,
5 - вертикальная стойка грузоподъемного устройства,
6 - рычажный элемент, 7 - выдвижная секция, 8 - крю-
ковой захват, 9 - несущая рама, 10 - силовые тяги, 11 - нож, 12 - рама в виде опор-
лыж, 13 - сцепное устройство Рис. 1 - Устройство самозагружающейся машины с подъемником мягких контейнеров
Если восстанавливающий момент Мв недостаточен, то необходимое отрывное усилие погрузчика может быть обеспечено за счет дополнительного противовеса, однако при этом нужно определить нагрузки на ходовые элементы трактора. В этом случае:
М <Мв+Мпе
(2)
где Моп- опрокидывающий момент, Нм; М,1а = (I • ап„ — момент от действия силы тяжести
По У16 rio
противовеса, Нм;
Gne - вес противовеса, Н; апв - расстояние от ребра опрокидывания до центра тяжести противовеса, м;
k - коэффициент статической устойчивости.
Суммарная рабочая площадь поршней Fn гидравлических цилиндров подъема стрелы в зависимости от отрывного усилия Р равна:
F =PompR + G'R'
(3)
КгРЛмех
где И - расстояние от конца стрелы погрузчика до центра навески трактора, м;
- вес стрелы погрузчика, Н; НН' - расстояние от центра тяжести стрелы погрузчика до центра навески трактора, м;
Нп - расстояние перемещения поршня, м;
р - расчетное рабочее давление в гидравлической системе, Па;
Пмех - механический к. п. д. цилиндра, который можно принимать в среднем равным 0,95.
Трактор с навешенным на него погрузчиком должен быть устойчив во время работы.
Коэффициент «динамической» устойчивости К1 вычисляют по формуле:
G-(acosa-/j,sina)-
К,=
V*
G-v
■к-
, (ve)-
--1-W:
(4)
где С - суммарный вес трактора с погрузчиком, Н;
Опр - вес стрелы погрузчика, приведенный к центру навески трактора, Н;
0 - вес наибольшего груза, поднимаемого погрузчиком, приведенный к центру навески трактора, Н;
д - ускорение свободного падения, м/с2;
1 - расстояние от центра навески трактора до ребра опрокидывания при установке трактора с погрузчиком на горизонтальной плоскости, м;
а - расстояние от общего центра тяжести погрузчика с трактором до ребра опрокидывания при установке трактора на горизонтальной плоскости, м;
h1 - расстояние от центра навески трактора до плоскости, проходящей через точки опорного контура, м;
h2 - расстояние от общего центра тяжести погрузчи ка с трактором до плоскости, проходящей через точки опорного контура, м;
- скорость передвижения трактора с по-грузчико м, м/с;
V',, - скорость горизонтального перемещения гидроцилиндра выдвижной секции, м/с;
- скорость вертикального перемещения стрелы погрузчика, м/с;
^ - время неустановившегося режима передвижения (пуск, торможение) трактора, с;
12 - время неустановившегося режима работы меха низма подъема стрелы, с;
W - сила давления ветра на подветренную площадь погрузчика с трактором, действующая перпендикулярно ребру опрокидывания и параллельно плоскости, проходящей через точки опорного контура в Н;
h - расстояние от плоскости, проходящей через точки опорного контура до центра приложения ветровой нагрузки, м;
а - угол наклона трактора с погрузчиком (уклон пути), град.
Угол а для расчета «грузовой» устойчивости может быть принят равным 10°[5].
Результаты исследований
Коэффициент «динамической» устойчивости К1, т. е. отношение момента относительно ребра опрокидывания, создаваемого весом трактора с погрузчиком с учетом всех усилий, действующих на агрегат (ветровая нагрузка, инерционные силы, возникающие при пуске или торможении механизмов подъема стрелы с рабочим органом и грузом и передвижении трактора), и влиянием наибольшего допустимого при работе погрузчика уклона
Технические науки
пути, к моменту, создаваемому рабочим грузом относительно того же ребра опрокидывания, должен быть не менее 1,15.
Предложенные подходы к определению основных параметров самозагружающейся машины для внесения твердых минеральных удобрений позволят обеспечить повышение эксплуатационной надежности и исключить опрокидывание машины, особенно при работе на уклонах. Математическое моделирование на основании предложенных формул с учетом различных режимов работы и почвенно-климатических условий показало, что экспериментальную самозагружающуюся машину для внесения твердых минеральных удобрений СЗМВУ-0,5 следует агрегатировать с трактором «Беларус 1025.2.», при этом ширина колеи колес должна составлять 1600 мм.
Заключение
Использование самозагружающейся машины для внесения твердых минеральных удобрений с грузоподъемным устройством позволяет исключить применение вспомогательной погрузочно-разгрузочной техники, сократить количество обслуживающего персонала и время на выполнение технологического процесса погрузки и разгрузки, транспортировки и внесения удобрений [6,7]. Агрегат «Беларус 1025.2.-СЗМВУ-0,5» надежно выполняет технологические операции при погрузке, растаривании и поверхностном внесении удобрений.
Список литературы
1. Андреев, К. П. Направление совершенствования машин для поверхностного внесения ми-
неральных удобрений // Принципы и технологии экологизации производства в сельском, лесном и рыбном хозяйстве. - Рязань : РГАТУ, 2017. - С. 1721.
2. Исследование работы самозагружающегося разбрасывателя минеральных удобрений / К.П. Андреев, В.А. Макаров, А.В. Шемякин, М.Ю. Ко-стенко // Вестник Совета молодых ученых Рязанского государственного университета имени П.А. Костычева, 2015 год - Рязань : ФГБОУ ВО РГАТУ. - №1. - С -140-143.
3. Андреев, К. П. Самозагружающийся разбрасыватель минеральных удобрений // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. - 2017. - № 6. - С. 173-179.
4. ГОСТ 28099-89. Погрузчики сельскохозяйственные универсальные. Типы и основные параметры. - М.: Издательство стандартов, 1989. - 7 с.
5. Теория, конструкция и расчёт строительных и дорожных машин : учебник для техникумов по специальностям "Строительные машины и оборудование"/ Л. А. Гоберман, К. В. Степанян, А. А. Яр-кин, В. . Заленский ; под ред. Л.А. Гобармана. - М. : Машиностроение, 1979. - 407 с.
6. Андреев, К. П. Самозагружающийся разбрасыватель минеральных удобрений // Сельский механизатор. - 2017. - № 10. - С. 8-9.
7. Разбрасыватель минеральных удобрений с сепарацией крупных примесей / К. П. Андреев, А. В. Шемякин, М. Ю. Костенко, В. А. Макаров // Вестник Совета молодых ученых Рязанского государственного университета имени П.А. Костычева. - 2015. - №1. - С. 241-244.
PREREQUISITES TO THE CALCULATION OF THE STABILITY OF THE SELF-LOADING MACHINE
Shemyakin Alexander V., Dr. of Tech. Sci., Assoc. Department of Organization of Transport Processes, Life Safety and Physical, [email protected]
Andreev Konstantin P., Senior Lecturer, Department of Organization of Transport Processes, Life Safety and Physical Education, [email protected]
Terentyev Vyacheslav V., Cand. tech. Sci., Associate Professor of the Department of Organization of Transport Processes, Life Safety and Physical Education, [email protected] Ryazan State Agrotechnological University Named after P.A. Kostychev
Eroshkin Andrey D., 3rd year student, [email protected], Ryazan State Agrotechnological University Named after P.A. Kostychev
Mineral fertilizers are currently supplied in soft disposable containers weighing 0.5 to 1.0 tons. In order to exclude the use of auxiliary transport, we propose the use of an experimental self-loading machine for applying solid mineral fertilizers. To improve operational reliability and exclude overturning, it is necessary to clarify the effect of load-lifting mechanisms on the stability of the loader. When designing forklifts, a technological calculation is made, the main kinematic and mechanical parameters are determined, and the units and parts of loaders are calculated for strength. Based on the technological calculation, the type of loader, its load capacity and the tractor for aggregating with the loader are chosen. Tractors for hitching a loader on it are chosen depending on the weight of the loader and its load-carrying capacity. At the same time, the main factors determining the choice of the tractor are the permissible loads on the wheels or tracks of the tractor and the stability of the entire unit. Maximum loads can be caused by maximum static drags (separation of the caked material from its main mass), sudden starts and braking of mechanisms, maximum allowable gradient of the relief, maximum wind force. For these loads, the strength and stability of the loader as a whole and its individual components are calculated. It should be borne in mind that the total weight of the loader with the load and the tractor itself should not exceed the permissible loads on the tractor's running elements. The use of a self-loading machine for applying solid mineral fertilizers with a lifting device makes it possible to exclude the use of auxiliary loading and unloading equipment, to reduce the number of maintenance personnel and the
BecTHUK PrATy, № 1 (37), 2018
time for performing the technological process of loading and unloading, transporting and applying fertilizers. Key words: technology, machine for making, device, mechanisms, loader, stability, productivity.
1. Andreev K.P. Napravlenie sovershenstvovaniya mashin dlya poverhnostnogo vneseniya mineralnyih udobreniy// V sbornike: Printsipyi i tehnologii ekologizatsiiproizvodstva v selskom, lesnom iryibnom hozyaystve «Ryazanskiy gosudarstvennyiy agrotehnologicheskiy universitet imeni P.A. Kostyicheva». 2017. S. 17-21.
2. Issledovanie rabotyi samozagruzhayuschegosya razbrasyivatelya mineralnyih udobreniy / Andreev K.P., Makarov V.A., Shemyakin A.V., Kostenko M.Yu. // Vestnik Soveta molodyih uchenyih Ryazanskogo gosudarstvennogo universiteta imeni P.A. Kostyicheva, 2015 god - Ryazan : FGBOU VO RGATU, #1 . - S -140-143.
3. Andreev K.P. Samozagruzhayuschiysya razbrasyivatel mineralnyih udobreniy // Izvestiya Tulskogo gosudarstvennogo universiteta. Tehnicheskie nauki. 2017. # 6. S. 173-179.
4. GOST 28099-89. Pogruzchiki selskohozyaystvennyie universalnyie. Tipyi i osnovnyie parametryi. - M.: Izdatelstvo standartov, 1989. - 7 s.
5. Teoriya, konstruktsiya i raschYot stroitelnyih i dorozhnyih mashin: Uchebnik dlya tehnikumov po spetsialnostyam "Stroitelnyie mashinyi i oborudovanie"/ L.A. Goberman, K.V. Stepanyan, A.A. Yarkin, KS. Zalenskiy; Pod red. L.A. Gobarmana.- M.: Mashinostroenie, 1979.- 407 s.
6. Andreev K.P. Samozagruzhayuschiysya razbrasyivatel mineralnyih udobreniy // Selskiy mehanizator. 2017. # 10. S. 8-9.
7. Razbrasyivatel mineralnyih udobreniy s separatsiey krupnyih primesey /Andreev, K.P. Shemyakin A.V., Kostenko M.Yu., Makarov V.A. // Vestnik Soveta molodyih uchenyih Ryazanskogo gosudarstvennogo universiteta imeni P.A. Kostyicheva, 2015 god - Ryazan : FGBOU VO RGATU, #1. - S -241-244.
Literatura
