Механічні характеристики сільськогосподарських машин та потужних коренезбиральних комплексів. Методи оцінки міцності та розрахунку ресурсу роботи металоконструкцій. Визначення напружено-деформованого стану тонкостінних елементів замкнутого профілю.
Аннотация к работе
У більшості конструкцій сільськогосподарських машин та потужних коренезбиральних комплексів базовою збірною одиницею є тримка рама, яка складає до 40% від металомісткості усієї машини і, у більшості випадків, визначає ресурс її роботи. Виходячи з цього, на сучасному рівні проектування сільськогосподарської техніки, зокрема коренезбиральних машин, необхідні розробки більш досконалих методів розрахунку, які враховують реальні умови експлуатації та технологію виготовлення конструкції, а також забезпечують створення певної бази критеріїв оцінки міцності тримких систем, що у підсумку забезпечує їх оптимізацію за тріщиностійкістю при дотриманні необхідного ресурсу роботи. Дослідження за темою дисертаційної роботи виконувалися згідно з науково-дослідною тематикою кафедри технічної механіки і сільськогосподарського машинобудування Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя при виконанні держбюджетної науково - дослідної роботи ДІ 87-2000 “Прогнозування ресурсу роботи типових конструкційних елементів мобільних сільськогосподарських машин” (номер державної реєстрації 0100U000786). Роль автора у виконанні дослідних робіт полягала у проведенні теоретичних досліджень з визначення напружено - деформованого стану та ресурсу роботи тонкостінних елементів замкнутого профілю тримких конструкцій коренезбиральних машин з врахуванням їх реальної навантаженості, отриманої підчас польових випробувань; розробці математичної моделі кінетики поширення (розвитку) кутової наскрізної тріщини у тонкостінному коробчатому профілі при дії бімоментів та згинальних моментів; удосконаленні експериментально - аналітичної методики досліджень динаміки навантаженості тримкої конструкції машини КС-6Б. Розрахунок напружено - деформованого стану конструктивних елементів рами машини КС-6Б з врахуванням реальних умов навантаження і визначення найбільш небезпечних перетинів з точки зору втомного руйнування.Встановлено, що в процесі експлуатації машини КС-6Б викопуючий пристрій розгойдується, внаслідок чого виникає крутний момент на центральній балці рами машини, яка є тонкостінним стержнем замкнутого перетину. Так як центральна балка рами є тонкостінним гнутим елементом замкнутого коробчатого профілю, то найімовірнішим місцем зародження тріщин є місце перегину (кутова точка), і КІН у вершині такої тріщини визначається при дії на даний елемент згинально - крутного бімоменту. Напружено - деформований стан у навантаженому тонкостінному елементі з тріщиною можна представити як суму двох напружено - деформованих станів: - - напружено - деформований стан в елементі без тріщини при зовнішніх навантаженнях; - напружено - деформований стан даного елемента з тріщиною, на кромках якої діють напруження , що по величині рівні відповідним напруженням першого стану в перетині можливого розміщення тріщини. При навантаженні даного тонкостінного стержня згинально - крутним бімоментом домінуючими виступають напруження депланації , які розподіляються по перетину стержня за законом секторіальних площ і є функцією від згинально - крутного бімоменту , секторіального моменту інерції перетину та секторіальної координати точки при розміщенні полюса в центрі згину і початкової точки відліку - в головній секторіальній точці перетину, тобто: .(1)У дисертаційній роботі запропоновано ефективний підхід для визначення залишкового ресурсу роботи тонкостінних елементів замкнутого профілю тримких конструктивних структур коренезбиральних машин з врахуванням реальної динаміки навантаженості, особливостей експлуатації, характеристик тріщиностійкості та початкової дефектності матеріалу і на цій основі проведена їх оптимізація за тріщиностійкістю. Розроблено інженерну методику оцінки міцності і прогнозування ресурсу роботи тонкостінних тримких конструкцій бурякозбиральних комплексів, яка на етапі створення нових, модернізації та удосконалення існуючих машин дозволяє врахувати умови експлуатації та можливу дефектність при встановлених запасах міцності та експлуатаційного ресурсу. На підставі проведених натурних досліджень, після статистичної обробки і систематизації експериментальних даних, отримано наступні значення максимальних зусиль в точці кріплення гідроциліндра коренекопача до рами коренезбиральної машини КС-6Б: статичне навантаження 10,1 КН; коефіцієнт динамічності 1,46 у транспортному режимі та статичне наватаження 6,8 КН; коефіцієнт динамічності 2,38 у робочому режимі. Проведено розрахунок напружено-деформованого стану найбільш навантаженого елемента рами машини КС-6Б - існуючої центральної балки, середньостатистичні напруження у найбільш небезпечному перетині якої складають МПА, що відповідає ресурсу роботи балки 2128 год. при нормативному строкові служби машини 3000 год. Рішена задача з оптимізації за тріщиностійкістю тонкостінних елементів замкнутого профілю, яка зводиться до задачі максимізації ресурсу їх роботи за рахунок мінімізації напружень стисненого кручення шляхом вибору оптимальних геометричних розмірів поперечного перетину цих елементів.