CC BY
28
considered the release of carbon oxides in colossal volumes during the reduction of ore minerals. Carbon oxides, together with other wastes from metallurgical production, have a very significant impact on the processes of warming the Earth's climate with all the consequences that follow from this. The article discusses the processes of obtaining iron by various methods, namely the blastfurnace process, the process of obtaining iron from oxide using aluminum, and direct reduction processes. The possibility of using hydrogen to reduce iron oxide is described below.
The article also highlights methods for producing hydrogen, such as steam conversion of water and methane, methane cracking, water electrolysis, and pyrolysis.
Keywords: iron, hydrogen, emissions, ecology, direct reduction of iron.
МРНТИ 53.03.05, 55.35.37
https://doi.org/10.48081/DKTJ9805
А. Ж. Касенов, К. К. Абишев, П. О. Быков, Р. Б. Муканов, А. Т. Амеркулов
Торайгыров университет, Республика Казахстан, г. Павлодар
ПРОЧНОСТНОЙ АНАЛИЗ ЭЛЕМЕНТОВ ПЛЕНКОУКЛАДЧИКА
В статье приведен расчёт элементов проектируемого пленкоукладчика с применением системы APM FEM. Применение современных программных средств позволит качественно, надежно и конкурентоспособно проектировать и выполнять всесторонний инженерный анализ и на его основе принимать конструктивные решения.
На основании результатов расчёта были выбраны наиболее оптимальные значения основных параметров, а также выполнен инженерный анализ для повышения качества проектных решений и сокращения затрат времени на этапе технологической подготовки.
Применение системы APM FEM при расчёте элементов сельскохозяйственной техники позволяет повысить производительность проектирования без натурных испытаний, возможно определить недостатки конструкции.
Ключевые слова: APM FEM, пленкоукладчик, моделирование, МКЭ, анализ.
ВВЕДЕНИЕ
г» " "
В настоящее время развитие аграрного сектора является одной из важнейших задач в Республике Казахстан. Его трудно реализовать без соответствующей сельскохозяйственной техники, отвечающей современным требованиям и подходящей для регионов республики [1-7].
Ранее при проектировании сельскохозяйственных машин и режущего инструмента, проводились расчеты с применением различных программ (Autodesk
Inventor, APM Winmachine) [8-12]. В рамках выполнения магистерского проекта проводилась работа по проектированию пленкоукладчика мульчирующей пленки. Проектирование проводилось в CAD-системе КОМПАС-SD, прочностные расчеты проводились в системе прочностного анализа APM FEM, предназначенной для работы в интерфейсе CAD-системы КОМПАС-SD.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Основные шаги при проведении расчета:
- Подготовка SD-модели к проведению расчета прочности (упрощение геометрии);
- Анализ и задание граничных условий (нагружение, закрепление);
- Автоматическая генерация конечно-элементной сетки на SD-модели;
- Выбор необходимого типа расчета и настройка его параметров;
- Проведение расчета;
- Просмотр полученных результатов и анализ значений основных расчетных характеристик (напряжений, коэффициентов запаса, перемещений и т.д.);
- Проведение модификации модели по результатам проведенных вычислений (изменение геометрии/материала);
- Повторное проведение расчетного анализа для подтверждения работоспособности изделия [13].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Для проведения расчета в КОМПАС-SD было смоделирована конструкция укладчика мульчирующей пленки, представленной на рисунке 1.
Рисунок 1 - Конструкция пленкоукладчика
В качестве примера приведем расчет рамы пленкоукладчика представленной на рисунке 2.
Рисунок 2 - Рама пленкоукладчика
Принимаем следующие исходные данные: материал - Сталь 20 ГОСТ 1050-88. Из библиотеки материалу присваиваются свойства, показанные в таблице 1.
Таблица 1 - Свойства материала Предел текучести [МПа] Модуль упругости нормальный [МПа] Коэффициент Пуассона Плотность [кг/мА3]
Температурный коэффициент линейного расширения [1/С] Теплопроводность [Вт/(м*С)] Предел прочности при сжатии [МПа] Предел выносливости при растяжении [МПа] Предел выносливости при кручении [МПа]
Система автоматически моделирует КЭ сеть и присваивает параметры. Основные параметры построенной сетки отображены в таблице 2.
Таблица 2 - Параметры и результаты разбиения
Максимальная длина стороны элемента [мм] 8
Максимальный коэффициент сгущения на поверхности 1
Коэффициент разрежения в объеме 1.5
Количество конечных элементов 137478
Количество узлов 46227
Построенная конечно-элементная сеть отображается виде рамы разделенной на элементы (рисунок 3), в данном случае для ускорения процесса размер элемента увеличен до 8 мм, а количество сокращено до 137478 узлов.
245 198000 0.3 7859 0.000011 51 400 204 100
Рисунок 3 - КЭ модель рамы
Следующим этапом при проведении расчетов является установление зависимости фиксации. В данном случае моделируется агрегатирование с задней навеской трактора. Затем поэтапно задаются нагрузки, действующие на пластины (рисунок 4).
Информация о нагрузках
Наименование
Распределенная сила: Распределённая сила: 1
Выбранные объекты Параметры нагрузки
Вектор силы: Грани: 1 X = 0; Y = 0; Z = 1000
Величина: 1000 Н
Информация о закреплениях
Выбранные Наименование -
объекты
Закрепление: Закрепление: 1
Рисунок 4 - Информация о нагрузках и закреплениях
X [мм] Y [мм] Z [мм]
Грани: 2 Запрещ. Запрещ. Запрещ.
Rot. X [град]
Rot. Y Rot. Z [град] [град]
После задания всех необходимых условий производиться расчет и результаты выводятся в виде отчета. Также выводятся карты напряжение по Мизесу, коэффициента запаса прочности, суммарных перемещений (деформаций) и др. (рисунки 5-7).
АПМ
Рисунок 5 - Карта напряжений по Мизесу
АПМ
0.421В
Рисунок 6 - Суммарное линейное перемещение
АПМ
4.911
Рисунок 7 - Коэффициент запаса по прочности
ВЫВОДЫ
На основании результатов расчёта были выбраны наиболее оптимальные значения основных параметров и характеристик рамы с учетом технологичности, а также выполнен инженерный анализ для повышения качества проектных решений и сокращения затрат времени на этапе технологической подготовки.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Государственная программа развития агропромышленного комплекса Республики Казахстан на 2017-2021 годы. -Астана, 2017.
2 Материалы VII Форума машиностроителей Казахстана, 2018.
3 Шумейко, И. А., Касенов, А. Ж., Абишев, К. К. Роль машиностроения и особенности развития отрасли в Казахстане // Наука и техника Казахстана. -2019. - № 4. - С. 81-89.
4 Дощанова, А. И. Актуальные проблемы развития АПК Казахстана в условиях глобального кризиса // Сборник научных трудов по итогам международной научно-практической конференции «Современный взгляд на проблемы экономики и менеджмента». - 2015. - С. 6-8.
5 Омарханова, Ж. М. Вопросы развития АПК в Казахстане // Материалы международной заочной научно-практической конференции «Экономика и управление инновационными процессами, проектами, программами». - 2015. -С. 64-67.
6 Маркетинговое исследование на тему: Основной рынок и сборка сельскохозяйственной техники в Республике Казахстан. - Нур-Султан, 2018.
7 Kasenov A. Zh., Mukanov R. B., Amerkulov A. T. Prospects for the organization of trailer equipment production // Наука и техника Казахстана. - 2020. -№ 2. - С. 66-73.
8 Мендебаев, Т. М., Дудак, Н. С., Касенов, А. Ж., Муканов, Р. Б. Применение системы Autodesk Inventor при проектировании резцовой головки для обработки отверстий. Труды международных Сатпаевских чтений «Конкурентоспособность технической науки и образования», Т. 1, часть 1. - Алматы, 2016 - С. 238-243.
9 Дудак, Н. С., Касенов, А. Ж., Муканов, Р. Б., Таскарина, А. Ж. Применение системы APM WinMachine при проектировании металлорежущих инструментов. Материали за X Международна научна практична конференция «Ключови въпроси в съвременната наука - 2014» 17-25 април 2014 г. - Том 37 технологии. - София «Бял Град-БГ» ООД 2014. - С. 47-50.
10 Совершенствование конструкции и расчет шпинделя прошивного стана с помощью CAD/CAE системы АРМ Winmachine. Богомолов А. В. Муканов Р. Б., Мухтубаева К. С. Романов Н. С. Матер. Международн. научн. конф. молодых учёных, магистрантов, студентов и школьников «XV Сатпаевские чтения», Т.16. Серия «Студенты». - Павлодар : ПГУ им. С. Торайгырова, 2015. - С. 190.
11 https://www.apk-inform.com/ru/exclusive/opinion/72987. [Электронный ресурс].
12 Маркетинговое исследование рынка сельскохозяйственной техники в Казахстане omega system 2019 г.
13 https://apm.ru/apm-fem. [Электронный ресурс].
Материал поступил в редакцию 29.12.20.
А. Ж. Касенов, К. К. дбшев, П. О. Быков, Р. Б. Муцанов, А. Т. Амеркулов
ТораЙFыров университет^ Казахстан Республикасы, Павлодар к. Материал 29.12.20 баспаFа тYстi.
АУЫЛ ШАРУАШЫЛЬЩ ТЕХНИКАСЫН ЖОБАЛАУ КЕЗ1НДЕ APM FEM-ДЕ БЕР1КТ1К ТАЛДАУ
Мацалада APM FEM жуйест цолдану арцылы жобаланган пленкладчик элементтертщ есебi келтiрiлген. K,азiргi замангы багдарламалыц цуралдарды цолдану сапалы, cernMdi жэне бэсекеге цабiлеттi жобалауга жэне жан-жацты инженерлж талдауды орындауга жэне оныц негiзiнде KOHcmpyKmuemi шешiмдер цабылдауга мумктдж бередi.
Есептеу нэтижелерi негiзiнде негiзгi параметрлердщ ец оцтайлы мэндерi тацдап алынды, сондай-ац жобалыц шешiмдердiц сапасын арттыру жэне технологиялыц дайындыц кезецiндегi уацыт шыгындарын цысцарту ушт инженерлк талдау жасалды.
Ауыл шаруашылыгы техникасыныц элементтерт есептеу кезтде APM FEMжуйест цолдану Жобалау втмдшгт арттыруга мумктдж 6epedi нацты сынацтарсыз конструкцияныц кемшшктерт аныцтауга болады.
Kwmmi свздер: APM FEM, пленка твсегш, модельдеу, MKE, талдау.
A. Zh. Kasenov, K. K. Abishev, P. O. Bykov, R. B. Mukanov, A. T. Amerkulov
Toraighyrov University,
Republic of Kazakhstan, Pavlodar.
Material received on 29.12.20.
STRENGTH ANALYSIS IN APM FEM WHEN DESIGNING AGRICULTURAL MACHINERY
The article presents the calculation of elements of the designed film stacker using the APM FEM system. The use of modern software tools will allow you to design and perform comprehensive engineering analysis in a high-quality, reliable and competitive manner and make constructive decisions based on it.
Based on the calculation results, the most optimal values of the main parameters were selected and engineering analysis was performed to improve the quality of design solutions and reduce time spent at the stage of technological preparation.
The use of the APM FEM system in the calculation of elements of agricultural machinery allows you to improve the design performance without field tests, it is possible to determine the design flaws.
Keywords: APM FEM, agricultural machinery, modeling, FEM, analysis.
