Введение к работе
Актуальность темы. В сельскохозяйственном машиностроении более 90% всех соединений приходятся на соединения резьбовыми крепежными деталями.
Из всех разрушений деталей сельскохозяйственных машин около 70% приходятся на узлы, соединенные резьбовыми крепежными деталями, хотя запас прочности, подсчитанный по широко применяемой методике, составляет от 1,5 до 3.
В процессе работы узлы соединения деталей сельскохозяйственных машин подвергаются статическим и динамическим нагрузкам, коррозии и образивному износу. Выход из строя деталей сельскохозяйственных машин помимо затрат средств на изготовление запасных частей и ремонт вызывает большие простои в периоды выполнения сельскохозяйственных работ.
Характерной особенностью сельскохозяйственных машин является их кратковременное периодическое использование в производственном цикле и длительное хранение. Но между тем согласно технологической карте возделывания сельскохозяйственных культур все работы должны быть выполнены в оптимально короткие агротехнические сроки. Поэтому важна безотказность работы в эти сроки сельскохозяйственных машин. Срыв этих сроков, как правило, влечет за собой снижение урожайности и качества сельскохозяйственных культур.
На поддержание машинно-тракторного парка в рабочем состоянии колхозы и совхозы тратят до 75% средств, расходуемых на его эксплуатацию, механизаторы теряют на это до 40% рабочего времени.
Как известно, вспашка является основным и энергоемким приемом обработки почвы. Причиной отказа плугов в большинстве случаев является разрушение узлов соединения, что приводит к потере, деталей корпуса плуга, нарушению агротехнических требований при вспашке и повышению энергозатрат за счет дополнительных сил сопротивления почвы, а также к потере рабочего времени, не считая затрат на изготовление запасных частей и ремонт плуга. Долговечность узлов соединения в среднем в 2,5...4 раза меньше долговечности самих деталей до замены по фактору износа. Поэтому повышение несущей способности, следовательно, работоспособности узлов соединения, а в целом и машины, является одной из актуальных проблем повышения эффективности механизации сельскохозяйственного производства.
Цель и задачи работы. Целью настоящей работы является повышение несущей способности и работоспособности силовых узлов соединения деталей лемешного плуга, что способствует повышению эффективности механизации сельскохозяйственного производства.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
теоретически исследовать реальное напряженно-деформированное состояние узлов соединений плуга;
разработать новую конструкцию соединения с повышенной несущей способностью;
разработать расчетную схему и математическую модель новой конструкции соединения;
выполнить численные эксперименты с помощью разработанной математической модели по установлению несущей способности новых конструкции;
провести натурные экспериментальные исследования существующих и новой конструкций по определению долговечности соединений;
выработать, изучить кинематику нераскрытия стыков, условие нераскрытия как обязательное условие надежности;
установить оптимальные усилия начального натяга всех узлов и надежные способы их задания в полевых условиях;
провести экспериментальные исследования по определению контактных податливостей в сопряжении крепежная и соединяемая детали для использования их в математической модели;
провести исследования по определению равномерности загрузки групповых крепежных деталей, воспринимающих сдвигающие усилия;
провести экспериментальные исследования по определению напряжений в крепежных деталях существующей и новой конструкции;
уточнить математическую модель и программу расчета на ЭВМ узлов соединения плуга при установке в них предложенной конструкции с учетом экспериментальных исследований;
используя уточненную математическую модель и программу расчета на ЭВМ, провести исследования по поиску оптимальных параметров узлов соединения плуга по критерию максимальной несущей способности;
выполнить технико-экономический анализ предложенных решений по повышению эффективности механизации вспашки.
Объект исследования. Плуги лемешные навесные ПЛН-5-35 и ПЛН-8-35 экспериментальные установки, моделирующие узлы соединения плуга.
Методика исследования. Общая методика исследования предусматривала изучение реального напряженно - деформированного состояния узлов соединения плуга, модельные и натурные ( в полевых условиях) исследования несущей способности узлов соединений. Методика исследования включала в себя применение специально изготовленных экспериментальных установок с использованием тензостанции, позволяющей измерить напряжение с точностью до 3 Мпа, что составляет в среднем 1% измеряемых величин .
Расчеты выполнялись путем реализации разработанных в диссертации математических моделей с использованием персонального компьютера типа IBM PC.
Научная новизна. Впервые выполнены уточненные расчеты напряженно-деформированного состояния грузонесущих узлов соединения деталей лемешных плугов и выявлена их недостаточная прочность.
Натурными экспериментальными исследованиями показано, что долговечность крепежных деталей основных узлов соединения плугов ниже долговечности основных деталей в 2 - 4 раза.
Разработано новое техническое решение грузонесущих узлов соединения лемешных плугов, повышающее их несущую способность и работоспособность, на которое получено положительное решение на выдачу патента.
Разработаны расчетные схемы и математические модели двух новых конструкций узлов соединения основных деталей лемешных плугов с учетом контактных податливостей сопряженных деталей и реальных граничных условий в сечениях сопряжения крепежных деталей и деталей плуга.
С помощью разработанных математических моделей и программ, реализующихся на ЭВМ, проведены численные эксперименты по определению оптимальных параметров новой конструкции и показано, что ее несущая способность выше, чем типовая конструкция и прототип в 2 и 1,4 раза соответственно.
Выполнены расчеты основных узлов соединения деталей лемешных плугов и показано, что в условиях эксплуатации происходит недопустимое раскрытие стыка, что является одной из причин их разрушения.
Практическая ценность. Разработана и испытана в натурных и лабораторных условиях конструкция узлов соединения деталей лемешных плугов ПЛН-5-35 и ПЛН-8-35, обладающая повышенной несущей способностью и долговечностью, более, чем в 2 раза.
Определены оптимальные параметры предложенной конструкции, обеспечивающие наибольшую несущую способность и долговечность, не меняя применяемые материалы и основные размеры соединяемых деталей.
В выработанных практических рекомендациях содержатся условия, обеспечивающие нераскрытие стыков, что является необходимым требованием прочности и долговечности узлов.
Реализация результатов исследований. Результаты исследований реализованы на практике при вспашке 2700 гектаров выщелоченного чернозема в колхозе имени Советской Армии Урванского района КБР, а также математических моделей и программы расчета на ЭВМ, с помощью которых можно получить оптимальные параметры новой конструкции для конкретных узлов лемешных плугов, других сельскохозяйственных машин и машин других отраслей машиностроения, например, для ответственных узлов соединения деталей роторов гидроагрегатов ГЭС.
При этом несущая способность этих узлов возрастает более, чем в 2 раза, а жесткость в 20 раз по сравнению с обычно применяемым решением.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на II Международном симпозиуме по трибофатике (износоусталость) проведенном в институте машиноведения АНРФ (г.Москва, 1996 г.); научно-практической конференции (в рамках СНГ) "Почвозащитные адаптивные технологии и машины горного и предгорного садоводства" (г.Нальчик, 1997 г.); республиканской научно-производственной конференции (г.Нальчик. 1999г.); научно-практической конференции "Состояние и перспективы восстановления, упрочнения и изготовления деталей", проведенной в ГОСНИТИ (г.Москва, 1999 г.); научно-практической конференции КБГСХА (г.Нальчик, 1996 г.) и на постоянно действующем семинаре ФМСХ КБГСХА "Механика" (1999 г.)
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ, получено одно положительное решение на выдачу патента (1999г.).
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов и практической рекомендации. Объем диссертации составляет 160 страниц, в т.ч. 21 таблица, 10 приложений и 48 иллюстраций (25 схем, 18 графиков и 5 фотографий). Список литературы содержит 83 наименования.
